【原创】新版炮射卫星设想(电磁回旋加速炮)

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 21:12:56
人类的未来在太空,而大规模开发太空,最大的问题是运输成本。运载火箭的每磅成本高达7000美元,或者说每公斤15400美元。
身躯庞大的火箭,它的有效荷载不足自身重量的5%,甚至是1%,而且是一次性的。(世界上最大的运载火箭“土星5”,它是三级火箭,长85.6米,直径10.1米,起飞重量2950吨,近地轨道的有效载荷达139吨,飞往月球轨道的有效载荷为47吨,仅为自身重量的4.7%)
目前各国都在积极寻求低成本运输途径,航天飞机的初始目的就是为了低成本运输,但显然失败了,维护成本太高。目前最火的项目是美国的猎鹰9可重复使用火箭,但算下来成本并不便宜。我国也有跟进,这条道路很漫长,困难重重。

这里有一个设想,一个成本低廉的设想,请诸位大牛指教。

用大炮发射卫星,这是一个古老的设想,早在一百多年前就有人在幻想,用大炮把人送上月球。
但它被否决了,因为炮管没办法做到足够长,它的瞬间加速度太大,炮弹受到的冲击太大了,卫星都受不了。

但使用电磁回旋加速炮(地球大炮),这个幻想可以成为现实。我想这东东应该有很多人想到了,这里再提一次。
file:///D:/cjysj/dqdp/%E5%9B%BE%E7%89%872.gif

以电磁回旋加速炮代替火箭的一、二级,仅保留火箭顶端(第三级、卫星(货物)以及整流罩等),加上轨道滑车,整合成为一发“炮弹”。
将“炮弹”推入电磁回旋加速器(真空),在环形滑轨上进行不断加速,当达到一定速度后,将“炮弹”导入炮管。
“炮弹”沿炮管前行,最终垂直射向太空。(飞出炮口瞬间轨道滑车脱落)
“炮弹”进入太空后火箭点火,最终将卫星(货物)送入轨道。
file:///D:/cjysj/dqdp/%E5%9B%BE%E7%89%874.gif
个人认为,有效荷载可以占到总重量的50%以上,而运输成本可以直接降到目前的5%以下。人类的未来在太空,而大规模开发太空,最大的问题是运输成本。运载火箭的每磅成本高达7000美元,或者说每公斤15400美元。
身躯庞大的火箭,它的有效荷载不足自身重量的5%,甚至是1%,而且是一次性的。(世界上最大的运载火箭“土星5”,它是三级火箭,长85.6米,直径10.1米,起飞重量2950吨,近地轨道的有效载荷达139吨,飞往月球轨道的有效载荷为47吨,仅为自身重量的4.7%)
目前各国都在积极寻求低成本运输途径,航天飞机的初始目的就是为了低成本运输,但显然失败了,维护成本太高。目前最火的项目是美国的猎鹰9可重复使用火箭,但算下来成本并不便宜。我国也有跟进,这条道路很漫长,困难重重。

这里有一个设想,一个成本低廉的设想,请诸位大牛指教。

用大炮发射卫星,这是一个古老的设想,早在一百多年前就有人在幻想,用大炮把人送上月球。
但它被否决了,因为炮管没办法做到足够长,它的瞬间加速度太大,炮弹受到的冲击太大了,卫星都受不了。

但使用电磁回旋加速炮(地球大炮),这个幻想可以成为现实。我想这东东应该有很多人想到了,这里再提一次。
file:///D:/cjysj/dqdp/%E5%9B%BE%E7%89%872.gif

以电磁回旋加速炮代替火箭的一、二级,仅保留火箭顶端(第三级、卫星(货物)以及整流罩等),加上轨道滑车,整合成为一发“炮弹”。
将“炮弹”推入电磁回旋加速器(真空),在环形滑轨上进行不断加速,当达到一定速度后,将“炮弹”导入炮管。
“炮弹”沿炮管前行,最终垂直射向太空。(飞出炮口瞬间轨道滑车脱落)
“炮弹”进入太空后火箭点火,最终将卫星(货物)送入轨道。
file:///D:/cjysj/dqdp/%E5%9B%BE%E7%89%874.gif
个人认为,有效荷载可以占到总重量的50%以上,而运输成本可以直接降到目前的5%以下。
D:\cjysj\dqdp\图片2.gif
怎样发图啊啊啊
可行性:美国人的电磁炮已经试射了几发,航母上的电磁弹射器基本可以确认研制成功了。而国产的电磁弹射器消息也传的有鼻子有眼,还有磁悬浮列车……
从技术角度讲,不存在大问题。
地球大炮以口径及炮弹重量分级,首先可以建设弹重1吨以下的“小炮”进行验证,用来发射微型卫星还是不错的。

随想1:炮管内逐级增压,分散空气阻力,避免“炮弹”由真空瞬间进入浓稠大气所引发巨大的瞬间阻力。
随想2:轨道滑车的脱落动作应该类似于脱壳穿甲弹的弹托,“炮弹”飞出炮口瞬间,轨道滑车的固定螺栓爆破,滑车在空气阻力下分裂为两瓣或四瓣脱离,可能的话以降落伞回收。
随想3:地球大炮位置选择,尽量选择高海拔地区,稀薄的空气可以有效减少空气阻力。
电磁回旋加速器可直接建在地表,炮管沿山体铺设,节省建设费用,小型的大致估算20亿差不多了(不包括研制费用),区区一个大型现代化煤矿的建设费用而已。
(这个东东二炮也能用,随便那个山区都能藏的下,取代中程导弹不成问题)

另一个脑洞:
地球大炮的口径及弹重不可能无限提升,基本上口径5米就到顶了(乐观点口径10米),超大型构件难以通过。
而且,“炮弹”出膛瞬间的振动及压力,是人类难以承受的。
所以,还是需要传统火箭进行补充,成本压力又回来了。
天基运载发射,就成了减少成本的有效途径。
安225超级运输机是世界上最大的运输机,最大载重250吨(一说300吨),在设计之初就有背负暴风雪号天基发射的设想。

但这点运载量对于太空大开发来说根本不够看。而运输机载重要提升一个台阶,其技术难度与资金需求量无法估算。

还有人记得飞艇吗?那个笨拙的庞然大物。
飞艇的没落有复杂的原因,缺点也很多,但你不能否定它的载重能力。
专门设计超级飞艇,满载500、1000甚至2000吨级的超级飞艇,我不认为有太大的技术难度。
气囊里填充氦、氢混合气体(防爆且增加力量),不断搅动防止气体分层。

飞艇吊挂大型空天飞机或者超大型构件(如太空城模块),上升到三万米以上的平流层中,缓慢飞到预定区域,“货物”进行最后一次自检后释放。
让空天飞机或火箭在空中直接点火,飞上太空。

说明:以上所有脑洞没有任何技术支持,纯属个人观点(臆想)。
自己先拿数据算算吧
你先看看那些精密元器件能不能受得了起价10G的过载再说别的
有部小说叫《石油咽喉保卫战》

消费掉钢筋 发表于 2016-8-23 10:42
另一个脑洞:
地球大炮的口径及弹重不可能无限提升,基本上口径5米就到顶了(乐观点口径10米),超大型构 ...


2000吨级的飞艇都多大了?2.2*10的7次方立方米,人类造的出来?
消费掉钢筋 发表于 2016-8-23 10:42
另一个脑洞:
地球大炮的口径及弹重不可能无限提升,基本上口径5米就到顶了(乐观点口径10米),超大型构 ...


2000吨级的飞艇都多大了?2.2*10的7次方立方米,人类造的出来?
回复cruelworm:简单算了下,卫星最低轨道为100公里,“炮弹”出膛速度按5倍音速算,1.7公里/秒,垂直发射只需58秒就能击穿大气层到达这个高度,就算速度越来越慢,90秒也差不多了。

回复kancollebuster:10G过载?这个真不是问题,不说导弹、无人机之类的,三代战斗机基本都达到这个过载,至于飞行员是否受得了就另说了

回复楠宫萧vn:2.2*10的7次方立方米,不知道你怎么算出的数据,2200万立方米,很大么,长宽高300米就够了。
著名的齐柏林飞艇数据:长972英尺(296米)、重110吨,氢气囊700万立方英尺(20万立方米)
JudgementDay 发表于 2016-8-23 13:32
有部小说叫《石油咽喉保卫战》
这本没看过,有关于大炮或者飞艇的内容吗
这本没看过,有关于大炮或者飞艇的内容吗
主要是螺旋电磁炮
消费掉钢筋 发表于 2016-8-23 16:58
回复cruelworm:简单算了下,卫星最低轨道为100公里,“炮弹”出膛速度按5倍音速算,1.7公里/秒,垂直发射 ...
当然是按密度算的
齐柏林直径才18米
另外载重20吨你能带的动什么?
a=v^2/r,v取一级关机速度,Ma5=1700好了,如果r=10000,直径20km不小了,a=1700^2/10000=289m/s^2=29.5g
tai0105 发表于 2016-8-23 23:09
a=v^2/r,v取一级关机速度,Ma5=1700好了,如果r=10000,直径20km不小了,a=1700^2/10000=289m/s^2=29.5g
查了一上午资料,算了半天

好吧,想的简单了,这个对“炮弹”的材质要求比较高,不过还是可以接受的。
原设想中回旋加速器直径1000米就行了
JudgementDay 发表于 2016-8-23 17:58
主要是螺旋电磁炮
关于螺旋电磁炮的论文真不少,大开眼界
回旋起来的向心加速度a=v2/r 。假设你的速度是第一宇宙,算8000米每秒,半径是10000米(10公里),那么你的加速度是6400g。什么鸟能够受得了这个加速度?
轨道根本承受不了,包括冲击力,材料变形和高速烧蚀。磁浮更是别想,力量很小的。
加速过程中的空气摩擦怎么办?知道300公里的高铁有多少功率是用来克服空气阻力吗?你可能想轨道真空,但是轨道开口的气墙能直接把任何载荷拍碎。
高G这个楼上都说了,除非打矿粉,不然什么设备也受不了。
滑车脱落个啥?还不是跟着一起打到轨道高度,没入轨动力再落回地球罢了,溅落区可是大大的危险。
所以,还是超高空直线加速磁悬浮真空轨道靠谱,载荷上加个热盾,加速器做成空天机回收。
另一个脑洞:
地球大炮的口径及弹重不可能无限提升,基本上口径5米就到顶了(乐观点口径10米),超大型构 ...
超级飞艇非常有技术难度

体积大了,材料的强度不变,就必须用更粗的骨架,更厚的气囊,就要加重,进入恶性循环

除非出现材料革命,否则绝无可能实现
电磁弹射卫星,工程上可以做到,而且发射成本十分低廉,能源消耗少,环境污染小。相信国家早已在研了。
国产小毛贼 发表于 2016-8-24 16:53
回旋起来的向心加速度a=v2/r 。假设你的速度是第一宇宙,算8000米每秒,半径是10000米(10公里),那么你的 ...
加速度上边有算过
“炮弹”出膛5倍音速,或者更高点,不可能直接达到宇宙速度。
第一宇宙速度7.9公里/秒,23倍音速,那是到了百公里以上,真空区域中火箭点火后达到的
strangerbbc 发表于 2016-8-24 17:19
轨道根本承受不了,包括冲击力,材料变形和高速烧蚀。磁浮更是别想,力量很小的。
加速过程中的空气摩擦怎 ...
轨道材料问题是最好解决的问题,不管怎么说都是固定在地面上的,强度不够厚度补足。
轨道开口的气墙我也想到了,所以设想“炮管内逐级增压,分散空气阻力”,应该能解决这个问题。而且大炮选址在青藏高原区域,气压仅海平面的85%。
高G是最大问题,“炮弹”更贵了
滑车好办,挂个降落伞就行
“超高空直线加速磁悬浮真空轨道”,这东东你想建多高,1000米还是8000米,想过工程成本吗
JudgementDay 发表于 2016-8-24 17:37
超级飞艇非常有技术难度

体积大了,材料的强度不变,就必须用更粗的骨架,更厚的气囊,就要加重,进入 ...
材料问题,我认为这不是大问题,现代材料的强度起码齐柏林时代十倍以上,甚至百倍

超级飞艇最大的问题是人的决心问题,是经济问题

只要有利可图,绝对能造出来,起码500吨载重的没问题
楼主,你想的是造个回旋加速器吧。但是需要自己来提供向心力。这样的话,才会走圆周运动。这个向心力,要么是轨道来提供。要么采用啥其他的约束机制。否者就跑不了圆圈了。可是你把思路打开一点儿啊。现在的运载火箭系统,其实就是利用地球引力来当做轨道约束的。火箭走的也是圆弧啊。只是半径大得多。因此从这点上来讲。火箭更加合算。只需要提供加速就OK了。约束走圆轨道,那是地球自己去干的。你要是自己造回旋加速器,那么两件事儿都是你自己干。一方面要推进加速,一方面要提供约束。否者走不了圆轨道。总体看来是不合算的。
轨道材料问题是最好解决的问题,不管怎么说都是固定在地面上的,强度不够厚度补足。
轨道开口的气墙我也 ...
你想得太简单了,以为地面是啥,无限强度基础?哪怕只有十个g,一百吨的东西就相当于一千吨,还是曲线加速!强度不足厚度补?形变呢?不管了?
至于超高空磁悬浮真空加速轨道,这真不是我想出来的,航天口论证过,打算用来发太空电站的,据说小型的发电量都能顶一个三峡。选址在南疆沿喜马拉雅一路爬升,出口近万米,加热盾。名字可能是ZG国家加速轨道。早起论证都过了,不过最后中央没批,预研的钱都没给。
材料问题,我认为这不是大问题,现代材料的强度起码齐柏林时代十倍以上,甚至百倍

超级飞艇最大的问题 ...
好吧,你赢了
轨道材料问题是最好解决的问题,不管怎么说都是固定在地面上的,强度不够厚度补足。
轨道开口的气墙我也 ...
你以为脑洞的东西,其实航天的野心更大。可以去了解一下中国载人航天起始阶段方案论证的过程。863-204工程早期的11个方案,后期入选的5个方案,最后二选一还有个无动力滑翔航天飞机。最后中央还是怕扯淡,选了508的神舟。很多人到今天还耿耿于怀,国家低估了经济发展水平,完全有能力上大项目的。尤其是上海局联合611提出的两级入轨完全复用火箭飞机方案,要是选了那个今天还有马一龙什么事啊……
起码现在技术条件下轨道很难,同马赫数轨道炮轨道寿命也打不了射不了多少次,你这个轨道发射一次载荷得加速跑好多圈吧,怀疑发射一次轨道就得全换。
关于超级飞艇:飞艇内有若干独立气囊,确保部分气囊破损后飞艇不会坠毁。
气囊使用高强度材料,不易破损,不漏气。
每个气囊分内外两层:内层装氢气,占80%以上体积;外层装氦气,其气压大于内层及大气压,确保一旦漏气,氢气不会跑出。如果外层气囊内有某种自动补漏措施就更好了。
飞艇内布设无数传感器,氢气泄露及时报警。
飞艇内所有电器设施按最高安全等级设计,采取最严格的安全措施,确保不会产生任何电火花、明火。
如果就这样还能起火、爆炸,那只是受到外界攻击
winforce 发表于 2016-8-25 10:45
起码现在技术条件下轨道很难,同马赫数轨道炮轨道寿命也打不了射不了多少次,你这个轨道发射一次载荷得加速 ...
使用条件不一样,军用轨道炮的使用条件、设计要求太苛刻了,要把所有的系统整合在一起,要一艘船甚至一辆车能装下,当然要有所取舍。
而电磁回旋加速炮的条件异常宽松,可以使用超厚、超重、超大的轨道,只要够坚固就行,没那么困难
strangerbbc 发表于 2016-8-25 10:22
你想得太简单了,以为地面是啥,无限强度基础?哪怕只有十个g,一百吨的东西就相当于一千吨,还是曲线加 ...
地面当然要经过特别加固了,而且电磁回旋加速器外侧还要加以特别支撑结构

而且,第一门炮当然是弹重1吨的“小炮”了,受力不会超过火车的。
现在到处都有超级大桥,它们的结构受力那个没有千吨以上,哪怕万吨也不要太吃惊

“超高空磁悬浮真空加速轨道”,一看就是大坑,工程费用能顶好几个三峡
当然,我的这个到了百吨规模也不少花钱,不过能从前期工程补回来


据说中科院有一个脑洞是沿着喜马拉雅山体铺设700公里的质量加速器轨道,用电磁加速抛射飞船一发入轨。
后来算了算山体扛不住,打一发世界屋脊就没了。也就没在提这事儿了。

据说中科院有一个脑洞是沿着喜马拉雅山体铺设700公里的质量加速器轨道,用电磁加速抛射飞船一发入轨。
后来算了算山体扛不住,打一发世界屋脊就没了。也就没在提这事儿了。
地面当然要经过特别加固了,而且电磁回旋加速器外侧还要加以特别支撑结构

而且,第一门炮当然是弹重1 ...
持续力和瞬间力不一样,那些受力结构是经过长时间沉降稳定的,这差别太大了。在奇思妙想之前先了解一些工程学常识吧
wujingping 发表于 2016-8-25 10:13
楼主,你想的是造个回旋加速器吧。但是需要自己来提供向心力。这样的话,才会走圆周运动。这个向心力,要么 ...
这个是大炮,用电磁大炮发射卫星,上太空才是目的

“用地球引力来当做轨道约束”,引出一个新的脑洞:
这个可以当终极版电磁回旋加速炮的设计基础,用来发射深空探索飞船,飞地外行星甚至飞外太阳系那种。
在太空,地球赤道上空环形轨道上,建设若干电磁加速器,均匀排列,可以自动定位、自行回位。
深空飞船沿固定轨道绕地球飞行,近距离通过电磁加速器,同时受地球引力和加速器牵引,在较短时间内加速到第二乃至第三宇宙速度。节省时间,节省飞船燃料,还可以用路过的大型天体再次加速。

想象一下,飞火星的定期航班就这么用“终极版电磁回旋加速炮”发射出去,仅用三分之一时间就到火星,这还是因为减速太耗时了。
然后在火星也建这么一个东东,来往就方便多了。

好了,脑洞完毕
strangerbbc 发表于 2016-8-25 10:41
你以为脑洞的东西,其实航天的野心更大。可以去了解一下中国载人航天起始阶段方案论证的过程。863-204工 ...
当然了,太空大开发,老是这么扣扣索索怎么能行,十几二十吨的就是大家伙,这还能干成啥。

连想都不敢想,还能有什么前途


当然,想象是不用花钱的,多想想有益身心健康
电磁发射不是问题,问题是你想过航天器起飞要按返回标注设计隔热有多蠢么
冰凌血翼2 发表于 2016-8-25 14:25
电磁发射不是问题,问题是你想过航天器起飞要按返回标注设计隔热有多蠢么
你把隔热层的一丁点重量与整个火箭对比一下
mmarquis.h 发表于 2016-8-25 12:47
据说中科院有一个脑洞是沿着喜马拉雅山体铺设700公里的质量加速器轨道,用电磁加速抛射飞船一发入轨。
后 ...
没见过这条消息。
他们的设计里“炮弹”有多重,应该上百吨了吧
strangerbbc 发表于 2016-8-25 12:48
持续力和瞬间力不一样,那些受力结构是经过长时间沉降稳定的,这差别太大了。在奇思妙想之前先了解一些工 ...
好吧,关于工程学常识我只是一知半解,没深入了解过这些

不过,我还是认为地基与特别设计的支撑结构能够承受这些
strangerbbc 发表于 2016-8-25 10:41
你以为脑洞的东西,其实航天的野心更大。可以去了解一下中国载人航天起始阶段方案论证的过程。863-204工 ...
你说的上海成都那个不就是神龙么,说明还是上马了吧。