Самоускоряющийся снаряд для космической пушки. Насколько это реально?

Question

[malan]

Прочитав статью про Слингатрон — вариант космической пушки для вывода малого груза на околоземную орбиту, я сделал 3 вывода:

1. Разогнать снаряд до первой космической скорости (или близкой к ней), и выстрелить им, в принципе, можно.

2. Такой снаряд потеряет большую часть своей скорости, проходя сквозь плотные слои атмосферы.

3. Снаряд сильно нагреется.

4. Ему всё равно необходим двигатель чтобы выйти на околоземную орбиту.


Отсюда, вопрос: если при запуске снаряда, кинетическая энергия превращается в тепловую, то неужели нельзя придумать способа преобразовать её обратно, в кинетическую?


Скажем, можно поместить полезный груз во внешний корпус из прочного, жаростойкого и обладающего хорошей теплопроводностью материала, т.е. из какого-то металла. Пространство между корпусом и полезным грузом заполнить каким-то веществом, аккумулирующим полученное тепло и позволяющее преобразовать его в кинетическую энергию, например, это может быть той же водой, которая под воздействием тепла будет испаряться через сопло, придавая снаряду реактивное движение, или крутить какую-то турбину, которая в свою очередь может крутить винт, или питать какой-то электрический двигатель.


Конечно, добиться энергетического равновесия между получаемой при нагревании энергии, и энергии необходимой для разгона не получиться из-за потерь при нагревании окружающего воздуха, но всё же хочется понять насколько это реально?


Преимущество такой системы в том, что в качестве топлива можно использовать что-то экологически безопасное и дешёвое, опять же горения как такового не происходит.


Есть тут специалисты, которые могут произвести оценочные расчёты?

Comments

[malan]

И насколько реально скажем нагреть воду до температуры распада, после чего использовать получившийся кислород и водород в качестве топлива?

[Valerij56]

КПД ракетного двигателя примерно 95-98%%. Какое КПД будет у подобной установки, и сколько она будет стоить?

Answer 1

[VoidVolker]

Нет в этом смысла никакого. Больше воды — больше масса — больше энергии для запуска — меньше полезной массы. Тут даже никакие расчеты не нужны. Вы идете путем попытки повторного использования потерянной энергии, когда намного эффективнее идти путем уменьшения потерь энергии.
При сверхзвуковых скоростях аэродинамика сильно отличается, чем на дозвуковых. Видели острый нос конкорда и других сверхзвуковых самолетов? А на дозвуковых скоростях нос можно сделать круглым и тупым — это практически не влияет на сопротивление. Сопротивление воздуха на сверхзвуке сильно зависит от площади сечения самолета — поэтому тот же конкрод длинный и узкий.
А еще, например, есть идея с плазменной «шубой»(ага, еще с советских времен), которая сводит трение практически к нулю.

Comments

[malan]

Вы идете путем попытки повторного использования потерянной энергии, когда намного эффективнее идти путем уменьшения потерь энергии.

Но ведь тепло всё равно нужно как-то отводить? А при стартовой скорости в 8 км/с оно никуда не денется, независимо от аэродинамики.

[Алексей Гусейнов]

А при стартовой скорости в 8 км/с оно никуда не денется, независимо от аэродинамики.

Выше вам уже объяснили, что еще как денется. Добавили рабочего тела: увеличили массу и габариты, увеличилось сопротивление воздуху, увеличились энергетические затраты на разгон. Вот эта лишняя энергия разгона за счет лишнего трения о воздух как раз и даст кучу лишнего тепла.

[malan]

Я только хотел сказать, что какой бы формы не был снаряд запускаемый из космической пушки, при таких начальных скоростях он потеряет существенную часть своей скорость из-за трения, при этом существенно нагревшись. Если бы этого можно было как-то избежать, с помощью придания ему особой аэродинамики, то такую пушку бы уже построили.
Поэтому для реализации проекта космической пушки необходимо, как минимум, научиться отводить это тепло, а как максимум научиться преобразовывать его обратно в кинетическую энергию.

[VoidVolker]

Эмм… Ре: не надо ничего преобразовывать — надо научиться не терять. Вот кстати еще один момент: вместо увеличения массы и сложности запускаемого аппарата, проще увеличить массу и сложность пусковой установки. Ну и что, что часть энергии теряется на первых десятках километрах пути — зато аппарат проще, а значит надежнее и меньше вероятность отказа. На земле ремонтировать проще, чем в космосе. Т.е. эти потери в скорости компенсируются увеличением начальной скорости и надежности аппарата.
Отталкиваться надо от задачи. А какая задача-то? Вывести полезную массу в космос, а не поднять КПД «космической пушки» до 99,99999%. Все просто.

[EndUser]

А на дозвуковых скоростях нос можно сделать круглым и тупым — это практически не влияет на сопротивление

Вообще-то спицеобразный Конкорд имеет неоптимальную аэродинамику для дозвуковых полётов.

Для дозвуковых оптимально иметь именно закруглённый тупой нос.

[VoidVolker]

EndUser Да-да, все именно так. Я просто не стал сильно углубляться в аэродинамику.

Answer 2

[Александр]

Довольно интересная кстати идея. Только мне кажется она была бы интереснее не для разгона снаряда а для торможения спускаемого аппарата при входе в атмосферу. Вместо воды лучше взять сухой лёд, например (СО2 в твердом состоянии). Он легко переходит в газовую фазу.