Космический старт с помощью модифицированной пушки Гаусса (стр. 4 )

19. Но пушку Гаусса можно использовать и для более масштабных проектов. Если есть необходимость разместить крупные объекты на орбите или на планетах солнечной системы, то можно сделать пушку Гаусса со стволом длиной 12км. Для этого в районе Марианской впадины можно опустить систему труб до дна океана и подать в них жидкий азот, при этом нужно прокачивать воду в центральной части полученной колонны, чтобы получилось отверстие. Для упрочения канала можно закачивать в ствол получающейся шахты водную взвесь опилок или высушенных водорослей, при этом взвесь будет вмерзать в стены ствола, образуя Пайкерит. При этом будет постепенно формироваться ледяная «труба» длиной 12км. Если подать интенсивное охлаждение, то будет образовываться соленый лед, если охлаждать постепенно – то будет намерзать пресный лед. Таким образом, можно регулировать избыточную плавучесть полученной колонны. Если лед будет пресный, то она может выйти из воды на 2км, для удобства управления лучше использовать соленый лед и снизить высоту колонны над водой. Но внешний слой льда все равно будет пресный, так что будет избыточная плавучесть и высота колонны над водой составит не менее 500м. Если диаметр шахты взять порядка 60м, то диаметр колонны должен составить минимально 600м, лучше ориентироваться на 1км – для запаса прочности. Полученной шахте можно придать правильную форму с помощью специальных протачивающих канал аппаратов. Наклон шахты можно регулировать с помощью намораживания пресного льда в верхней погруженной части колонны (рис.7), таким образом можно наклонять шахту на 10-15градусов для оптимизации вывода снаряда на орбиту. В шахте размещаются сегменты катушки, для их укрепления можно сверлить лед на значительную глубину и вставлять закладные детали (а еще лучше закладные детали вморозить в лед в самом начале). Большая длина шахты позволяет значительно снизить ускорение, хотя для биологических объектов оно все равно остается слишком большим, но это позволяет существенно увеличить массу поднимаемого на орбиту груза. Рассчитаем ускорение при выстреле из такой пушки: a=v2/2S=130002/2/12000=7042=715g. В таблице 2 приведены расчетные режимы космических стартов с помощью такой пушки:

R	30м	30м	30м
N	15	6	3
x	15см	15см	15см
I	0,6МА	1МА	1,6МА
V	1,4МВ	1,4МВ	1,5МВ
m	1270т	3230т	7100т
B	2,6Тл	4,2Тл	6,2Тл

Такой старт позволяет использовать все преимущества пушки Гаусса, т. к. другими способами поднять подобные нагрузки в космос невозможно. При этом нужно помнить, что выводимая масса меньше m, т. к. в эту массу включен сверпроводник.

20. Оценим затраты энергии на поддержание ледяного столба. Считаем температуру внутри канала равной температуре жидкого азота (современные ВТСП позволяют обходиться без гелиевых температур), температуру снаружи около 0град. Ц (температура вымораживания морской воды). При этом для потери энергии в столбе льда длиной Lм получаем: Q=λ*∆Т*L*π*D/2/R=2,2*200*12000*3,14*1000/2/500=16МВт (в формулу подставили промежуточное значение для площади теплоотводящей поверхности, т. к. площадь внутреннего канала и площадь внешней стороны ледяного цилиндра сильно отличаются, то для оценки величины взяли половину внешней площади), для получения 16МВт холода требуется 4МВт электрической мощности, мощность солнечных батарей должна составлять 4*2,5=10МВт (с учетом ночей), такая батарея имеет площадь S=10000/,25=40000кв. м, т. е. нужно поле солнечных батарей размером 200м*200м, в техническом смысле это несложно сделать, т. к. торец ледяной колонны имеет гораздо большую площадь. Желательно сделать некоторый запас по мощности солнечных батарей, чтобы скомпенсировать ненастные дни. Также оценим энергию старта: кинетическая энергия груза 7000т равняется E=7*106*130002/2=6*1014Дж, учетом КПД стартовой установки получаем 1015Дж. Площадь торца ледяной колонны равняется S=π(R2-r2)=750 000кв. м. (если вычесть круг радиусом 100м вокруг точки старта для безопасности панелей). С учетом средней мощности с 1кв. м 0,25КВт, получаем мощность солнечных батарей 180МВт, время зарядки стартовых конденсаторов 1015/1,8*108=6*106сек или 166 суток, считая световой день 10 часов. Таким образом, для старта нужна мощность как минимум на порядок больше, т. е. порядка 2-5Ггв, это уже мощность атомной станции (нужно учитывать, что атомная станция дает мощность непрерывно, в отличие от солнечных батарей). Мощность силовых установок атомных ледоколов на порядок меньше, нужно строить специализированную корабельную атомную станцию. Таким образом, возобновляемые источники энергии могут скомпенсировать только порядка 10% требуемой для старта мощности.

21. Т. к. космические старты с большой выводимой массой в будущем станут обычным явлением, необходимо оценить их экологические последствия, и в первую очередь, как такие старты могут влиять на параметры земной орбиты. Запишем закон сохранения импульса при старте снаряда весом 10 000т со скоростью 13км/с, при этом полученная земным шаром скорость будет равна V=107/6*1024*13000=2*10-14м/с. При запуске 1000 снарядов в одном направлении скорость составит 2*10-11м/с, за год это даст смещение 0,001м, даже за 100лет смещение земной орбиты будет не более 10см, что практически невозможно измерить. Таким образом, космические старты из пушки Гаусса безопасны для параметров земной орбиты. Т. к. старты происходят почти перпендикулярно земной поверхности, то их влияние на продолжительность земных суток будет пренебрежимо мало. Вылет снаряда будет в центре океана и на большой высоте – порядка километра, поэтому вспышка и звук будут ослаблены расстоянием, отдача при старте будет передана ледяному цилиндру, который некоторое время будет опускаться в глубину, но это не вызовет сильных волн, т. к. основной толчок примут на себя слои воды глубиной 11км, и гидравлический удар на поверхности ощущаться не будет. Таким образом, космический старт такого вида будет экологически безопасным. Также существует проблема с крышкой шахты, при диаметре шахты порядка 60м крышка получается очень массивной, при толщине 2м и плотности материала порядка 1т/куб. м вес крышки составит порядка 5000т, удар о такой предмет может полностью уничтожить снаряд. Крышку нужно распылять специальными зарядами, получившиеся мелкие осколки можно отбросить от оголовка шахты направленными взрывами. При этом оголовок пусковой шахты должен быть чрезвычайно прочным, т. к. мощность отбрасывающего взрыва должна быть очень значительной. Крышку предлагаю также отливать из Пайкерита [3], с помощью специального армирования и криогенного охлаждения Пайкерита возможно значительно снизить ее массу.

22. Выводы:

- в настоящей работе была предложена модифицированная схема работы пушки Гаусса, пригодная для космических стартов

- предложен уникальный метод быстрой коммутации сегментов магнитной катушки с экстремальными значениями напряжения и электрического тока

- предложен уникальный способ смазки движущихся частей механизмов с помощью пороховой смазки. По данному предложению в настоящее время проводится патентный поиск

- рассчитаны физические и технические параметры реального космического старта

- предложена возможность уникального космического старта с выводимой массой до 7000т

- рассчитаны физические и технические параметры уникального старта

- рассмотрены экологические последствия стартов с помощью пушки Гаусса

Литература.

1.  Тимофеев технологий изготовления порошковых магнитных материалов для электротехнических изделий. Диссертация д. т.н, Москва 2009

2.  Сивухин курс физики, т.3

3.  http://works. tarefer. ru/89/100408/index. html

4.  , Цейтлин индуктивностей, Ленинград 1986

5.  ФОРМИРОВАНИЕ СПЛОШНОЙ ПРОТЯЖЕННОЙ ЛАЗЕРНОЙ ИСКРЫ И ЭЛЕКТР0ФИ3ИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЕЕ КАНАЛА Диссертация к. ф.-м. н. Москва – 1985 с.170

6.  http://www. membrana. ru/particle/2936

7.  , Ожогин импульсные поля в физическом эксперименте