Вопрос по ускорителю масс Гаусса (т.н. "Гаусс-ган") для вывода микро-спутников на орбиту

[SSR]

Всем привет!
Извините, если такая тема уже обсуждалась, поиском не нашел, а в Интернете информации мало именно по выводу на орбиту спутников.

Подскажите, есть ли какие-то исследования, книги, прототипы по теме вывода маленьких спутников (1-10 кг) на орбиту (400-500 км)?
Возможно ли создать такой ускоритель (защита электроники и топлива спутника в снаряде, максимальная скорость более первой космической)?

Гугление дает много информации о рейлгане, который уже ставят на корабли, но, если я правильно понимаю, из трех типов ускорителей масс - Гаусса, индукционного и на эффекте Лоренца (рейлган) для запуска спутников, теоретически, подходит только ускоритель масс Гаусса?

Большое спасибо!

[G.K.]

Уважаемый SSR, добро пожаловать на форум НК! Для лучшего понимания прогуляйтесь на Флай и форум "оружие будущего" (если он ещё жив). Если вы в теме, то легко найдёте эти два ресурса, да и должны быть с ними знакомы. Там вы убедитесь, что народ ругает гауссы за низкий КПД, необходимость для получения приличной энергии иметь множество катушек и хитрую ( и дико дорогую) электронную базу для коммутации катушек, конденсаторов, и прочего инвентаря. Кроме того нужны спецконденсаторы с малой индуктивностью для корректной работы. Что касается спутника, то для выхода на заданную орбиту нужен т.н. апогейный импульс, который позволит ему не упасть на землю через полвитка после запуска из любой наземной пушки. Так что спутник будет особенный ( привет китайцам с их KZ), сильно прочный и довольно тяжёлый.

Не совсем понял, почему годится только Гаусс? 

[SSR]

G.K., большое спасибо за ответ!

Эти сайты знаю, но большая часть информации по пушкам Гаусса это именно ручное оружие. Поэтому и создал топик, чтобы узнать больше о применении для задачи вывода спутников на орбиту.

По КПД действительно, потолок для них ~10%.

Если я правильно понимаю, пушка Гаусса может применяться только для вывода спутников и грузов, т.к. люди не могут выдерживать огромные ускорения (и не каждый спутник их выдержит).

Чтобы вывести груз на орбиту, нужно, чтобы такая пушка могла разгонять снаряд до первой космической (7.9 км\с), иначе он "свалится" обратно на планету.

Спутник находится внутри снаряда-оболочки, при достижении нужной высоты (например, 400 км) оболочка отходит и спутник корректирует курс уже своим двигателем (или дополнительной ступенью).

Про другие типы ускорителей масс, читал документ, где рассматривались три типа таких ускорителей:

[/li]
• Гаусс - "тянет" снаряд в магнитное поле соленоида,
• индукционный (катушка Томпсона) - там двигается кольцо из металла,
• рейлган - требует огромный мгновенный ток и как можно меньшую массу.
  

Получается, что из трех более-менее для запуска спутников подходит только ускоритель Гаусса.

[G.K.]

SSR пишет:
Эти сайты знаю, но большая часть информации по пушкам Гаусса это именно ручное оружие. Поэтому и создал топик, чтобы узнать больше о применении для задачи вывода спутников на орбиту.

Таким никто не маялся ещё. Даже на Луне вроде Рельсы хотят ставить, хотя я не уверен.

SSR пишет:
Если я правильно понимаю, пушка Гаусса может применяться только для вывода спутников и грузов, т.к. люди не могут выдерживать огромные ускорения (и не каждый спутник их выдержит).

Именно так.

SSR пишет:
Чтобы вывести груз на орбиту, нужно, чтобы такая пушка могла разгонять снаряд до первой космической (7.9 км\с), иначе он "свалится" обратно на планету.

Это зависит от орбиты, в крайнем случае можно доработать часть импульса по дороге. Но вообще да.

SSR пишет:
Спутник находится внутри снаряда-оболочки, при достижении нужной высоты (например, 400 км) оболочка отходит и спутник корректирует курс уже своим двигателем (или дополнительной ступенью).

Ага.

SSR пишет:
 Гаусс - "тянет" снаряд в магнитное поле соленоида,
индукционный (катушка Томпсона) - там двигается кольцо из металла,
рейлган - требует огромный мгновенный ток и как можно меньшую массу.

Все они, родные  
Томпсон- это весьма занятная конструкция, которая стремится сама себя разобрать из-за отталкивания в катушке, а рельса- фейерверк-ган с фонтаном искр и периодической прижаркой снаряда в стволе. 
Но вообще рельса тут, имхо вне конкуренции. 

[Bell]

Спутники - фигня Вот Фау-3 - это интересно

[G.K.]

Блин, только сейчас дошло!
SSR, а откуда у вас такой ник? 
Нет, блин, кому придёт в голову взять ник в виде Space Situation Report , то есть SSR? 

[G.K.]

Эх, ребята- ребята. Кому гвозди в стены забивать, а кому и плазмоиды получать...

[Shestoper]

SSR пишет:
 
Чтобы вывести груз на орбиту, нужно, чтобы такая пушка могла разгонять снаряд до первой космической (7.9 км\с), иначе он "свалится" обратно на планету.

Даже больше, до 10-11 км/c, будут сильные потери в атмосфере. Но это вполне решаемо.
Чтобы канал ствола  не изнашивался трением со страшной интенсивностью, снаряды должны разгоняться в магнитном подвесе в вакууме (срез ствола закрыт пробиваемой при выстреле мембраной, после каждого выстрела ствол заново герметизируется и вакуумируется).

[Shestoper]

Bell пишет:
Спутники - фигня Вот Фау-3 - это интересно

Запустить на полярные орбиты штук 100 тысяч орбитальных бомб ценой порядка 100 килодолларов за штуку, способных по сигналу в час Ч поразить цели в любой точке планеты в течении 5 минут?
Да, возможность вкусная. На фоне этой системы авианосцы и МБР будут выглядеть неэффективным анахронизмом.
Существующие управляемые снаряды (в том числе с ракетным ускорителем) выдерживают в стволе перегрузку 20000 g. При такой прочности для разгона до 10 км/c понадобится ствол длиной всего 250 метров. Такую сравнительно компактную конструкцию можно наводить по азимуту и высоте (особенно если установить пушку на плавучую платформу), так что можно будет запускать ПН на различные орбиты.

[SSR]

G.K., ник это сокращение, но не СССР  
А то действительно можно подумать, что это неграмотное написание USSR или SSSR транслитом.

Shestoper, большое спасибо!
С вакуумом отличная идея!

[Даниил Галахов]

Здравствуйте, SSR.
Использование электромагнитного ускорителя для вывода чего-либо на орбиту - идея убыточная.

Для вывода спутника на орбиту требуется около 10,9 км/с скорости (не забываем, что есть сила тяжести, которая отъедает изрядное количество скорости, и атмосфера, которую надо долго преодолевать, т.к., стреляем мы не вертикально вверх а под углом).

Допустим, масса спутника у нас 1 кило. Для такой скорости нам нужно придать нашему "снаряду" кинетическую энергию Eк=59 405 000 Дж. КПД гаусса-многоступа может быть выше 10%, я сейчас (в целЯх хобби и самообразования) играюсь с шестикатушечной системой крупного калибра, КПД вытянул до 13-14%, вероятно, можно и больше. Примем, что для космческого проекта, с использованием промышленных решений и дорогих материалов, КПД удалось вытянуть до 20% (считаю, это вполне достижимо).

Таким образом, при КПД 20%, чтобы запулить спутник на орбиту, нам нужно будет запасти на пусковой установке энергии Ec=297 025 000 Дж. Пусть мы используем для ускорителя напряжение U=25 кВ (пром. стандарт для электровозов переменного тока, конечно, пример не совсем корректен, т.к., в гауссе-то ток постоянно-дискретный, ну да бог с этим). Тогда емкость конденсатора С=0,95048 Ф.

Много это или мало? Ой много.... Кондерами нужно собрать 25 кВ 95000 мкФ. Конечно, если захотеть, собрать можно, но это будет размером с дом.

Но накопление энергии не проблема, есть механические системы (спросите по форуму, у нас тут спецы есть, они подскажут, я сам не помню как это называется). Проблема - коммутация энергии. Нам нужно будет коммутировать токи в десятки тысяч ампер за промежутки типа 0,000009 с. И вот это уже никак.

Конечно, можно рассмотреть варианты катушки Томпсона или рейлгана.
На мой взгляд, катушка Томпсона это не вариант, т.к., имеет кучу недостатков (о которых вам сказали выше по теме) и ни одного достоинства.
Рельса это уже гораздо лучше, там хоть токи и громадные, но их надо коммутировать один раз. Правда, КПД у неё ниже чем у катушечника.

Ну и конечно же остаются проблемы большого ускорения (десятки и сотни G) трения в стволе (т.е., надо вакуумировать ствол и предусмотреть что будет когда запускаемая болванка, вылетев из ствола с космической скоростью, воткнется за разорванной мембраной в плотные слои атмосферы) и апогейного импульса.

Короче говоря, IMHO, электромагнитный ускоритель для запуливания чего-то на орбиту категорически не подходит. Ракета дешевле и проще. IMHO.

[G.K.]

SSR пишет:
ник это сокращение, но не СССР
А то действительно можно подумать, что это неграмотное написание USSR или SSSR транслитом.

Я и написал, что не от СССР, а от одного из документов Космического Командования: Space Sutation Report.

[G.K.]

SSL пишет:
На мой взгляд, катушка Томпсона это не вариант, т.к., имеет кучу недостатков (о которых вам сказали выше по теме) и ни одного достоинства.
Рельса это уже гораздо лучше, там хоть токи и громадные, но их надо коммутировать один раз. Правда, КПД у неё ниже чем у катушечника.

Да. Томпсон- это так, прикол для кидания алюминиевых дисков непонятно куда ( привет "оружию будущего", там был один любитель этой катушки)
А реля- это единственный вариант- ни Гаусс, ни Томпсон не годится.

[Back-stabber]

G.K. пишет:
множество катушек и хитрую ( и дико дорогую) электронную базу для коммутации катушек,

Хорошо что я этого не знал, используя для коммутации самодельные разрядники, между электродами которых и пролетал "снаряд" (сверло)...   

[Даниил Галахов]

Back-stabber пишет:
Хорошо что я этого не знал, используя для коммутации самодельные разрядники, между электродами которых и пролетал "снаряд" (сверло)...

Это потому что у вас, солнышко, токи пока что маленькие и графитовой смазки достаточно. А вот бросите вы в катушку 100А@400В - так у вас сверло к электродам приплавится.

[Back-stabber]

SSL пишет:

Back-stabber пишет:
Хорошо что я этого не знал, используя для коммутации самодельные разрядники, между электродами которых и пролетал "снаряд" (сверло)...

Это потому что у вас, солнышко, токи пока что маленькие и графитовой смазки достаточно. А вот бросите вы в катушку 100А@400В - так у вас сверло к электродам приплавится.

Не успеет... И там разряд был вообще-то...  Наверное... А напруга примерно такая и была.  Хотя она-то как-раз для "приплавления" вообще не ройалит...  

[Back-stabber]

А, да... Они ЕМНИП алюминиевые были... Так-что к сверлу ... IMHO без шансов...  

[SSR]

SSL, большое спасибо!
Очень подробно и аргументированно

[чайник17]

SSL пишет:
Проблема - коммутация энергии. Нам нужно будет коммутировать токи в десятки тысяч ампер за промежутки типа 0,000009 с. И вот это уже никак.

Это хрень какая-то. Посмотрите к примеру на Z machine - она создаёт ток 27 миллионов ампер в импульсе длиной 95 наносекунд (цифра выше - это 9000 нс).
И не то что это сугубо американские технологии - в Институте Сильноточной Электроники СО АН, Томск есть лучшая технология, на неё переходят те же американцы. Вот пример:

http://www.sandia.gov/pulsedpower/prog_cap/pub_papers/065811.pdf

14 MA, 31 TW, and 0.96 MJ to 
the diode load, with a peak voltage of ~ 2 MV and FWHM of 50 ns
Ток 14 миллионов ампер, напряжение 2 миллиона вольт,  полуширина импульса 50 нс.
Высоковольтные переключатели раньше особо не афишировались поскольку с самого начала (1945г.) применялись в известных "изделиях".

[чайник17]

Есть и промышленные технологии с близкими параметрами - например, преобразователи для ЛЭП постоянного тока. В Китае, например, есть линия на 6,4 кА 1 МВ с тиристорным преобразователем. Там используются тиристоры похожие на:
http://www.elvpr.ru/poluprovodnikprib/tiristory/bp_2012_06.pdf
с временем переключения в микросекунды (график на стр. 38 вверху справа), естественно включённые последовательно. (При управлении световым импульсом это проще.)
Есть и преобразователи на БТИЗ/IGBT, например для линии 640 кВ ~3кА. Для IGBT типичное время переключения - доли микросекуды.