Vraag:
Kan buskruit je naar de maan brengen?
James Jenkins
2013-07-29 20:08:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

In 'From the Earth to the Moon' (1873) van Jules Verne, wordt een enorm kanon gebruikt om een ​​ruimteschip naar de maan te sturen. Een levendige discussie in hoofdstuk IX leidt ertoe dat 400.000 pond fulminerende katoen wordt gebruikt om hun schip naar de maan te lanceren.

Twee vragen;

  1. Is 1.600.000 pond (725.748 kg) poeder gelijk aan 400.000 pond (181.437 kg) fulminerend katoen, om op te tillen?
  2. Afgezien van alle andere problemen, zou een van beide hoeveelheden lift je naar de maan brengen?
Klinkt als een baan voor Mythbusters.
Zonder echt de energiedichtheid van buskruit op te zoeken, zou ik wedden dat geen enkel bedrag je naar de maan zou kunnen brengen.
@deltree Veel relevanter: http://what-if.xkcd.com/24/
Ik denk dat je moet verduidelijken (2): bedoel je "iets naar de maan brengen" of "een persoon naar de maan brengen"? Dit zijn twee totaal verschillende inspanningen, want om daar een stuk metaal te krijgen, zijn ietwat andere mogelijkheden nodig dan om daar een levend persoon te krijgen.
Scheikunde- en materiaalwetenschappelijke kwesties kunnen u in de weg zitten lang voordat de ballistiek u in de weg zit. Het energieniveau dat vrijkomt bij die explosieschaal, ervan uitgaande dat het je zou lukken om buskruit op die schaal te ontsteken, zou je kanon uit elkaar blazen lang voordat het je projectiel met 12 kilometer per seconde omhoog zou schieten. Ik zou geschokt zijn als je op deze manier zelfs een roestvrijstalen bal de ruimte in zou kunnen lanceren.
Onderwerpen voor verplichte lectuur: [V-3] (https://en.wikipedia.org/wiki/V-3_cannon) en [Gerald Bull] (https://en.wikipedia.org/wiki/Gerald_Bull).
Als je over het werk van Gerald Bull leest, zou je denken dat het zou kunnen. Als je je een geweerloop voorstelt die groot genoeg, lang genoeg en sterk genoeg is en een grote drijflading die op de bodem wordt ontstoken, zou je kunnen verwachten dat het drijfgas van onder naar boven brandt, zodat de uitzettende gassen onder het onverbrande drijfgas blijven, zodat het projectiel kan blijven versnellen zolang er nog brandstof is om te verbranden, en een vat om de gassen te bevatten? Je zou niet worden beperkt door de snelheid van het detonatiefront omdat het allemaal beweegt met het versnellende projectiel.
Dit daagt de reikwijdte een beetje uit, maar hier is nog een Wat als? over het gebruik van vuurwapens om stuwkracht te produceren: http://what-if.xkcd.com/21/
De grootste problemen zouden zijn: g krachten - vat lang genoeg / voldoende grote maar progressieve verbranding om ontsnappingssnelheid te bereiken bij een aanvaardbaar lage versnelling; wrijving in de geweerloop bij hypersonische snelheden; hypersonisch reizen in een atmosfeer op lage hoogte met bijbehorende verwarming en snelheidsverlies. Misschien mogelijk, maar verre van praktisch.
Vier antwoorden:
#1
+52
PearsonArtPhoto
2013-07-29 22:21:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De vereiste van Delta V om te lanceren is ongeveer 14 km / s voor een lage maanbaan, volgens Wikipedia. Dat betekent dat je een snelheid van 14 km / s zou moeten halen om rond de maan te kunnen draaien. Een deel daarvan zal vanuit de ruimte moeten worden gedaan, maar het meeste kan theoretisch vanaf de grond worden bereikt. Dus, wat moet je doen om dat te laten gebeuren?

In de Tweede Wereldoorlog ontwikkelden de Duitsers een artilleriegranaat met een snelheid van 1,67 km / s. Het gebruikte 200 kg poeder en vuurde een schaal van 106 kg af. Laten we aannemen dat u dat oneindig kunt opschalen (niet waarschijnlijk, maar we gaan er even van uit). Laten we verder uitgaan van een massa van 1000 kg voor het schip (waarschijnlijk hoger). Gezien dat alles zou je 10 keer zoveel nodig hebben om het schip met dezelfde snelheid te lanceren, en ongeveer 72 keer zoveel om het schip in een baan om de maan te lanceren. Dat zou oplopen tot ongeveer 14.400 kg poeder, of ongeveer 16 ton poeder, veel minder dan Jules Vern zei dat je nodig zou hebben. Dus waarom doen we dat niet?

Hoewel men in theorie op deze manier naar de maan zou kunnen komen, zou pure kanonstuwkracht niet voldoende zijn om op de maan te landen, althans op een gecontroleerde manier. Je zou op de maan landen met een ontsnappingssnelheid van 2,4 km / s, zonder een raket om je te stoppen. Bovendien zouden de zwaartekrachten die op jullie worden uitgeoefend bij de lancering enorm zijn, artilleriegranaatelektronica moet worden beoordeeld op 15.000 Gs. Veel succes met het krijgen van een persoon om dat te overleven. En ook, de fysica schaalt niet helemaal zoals ik hier aangaf, maar de cijfers geven een goede benadering van de eerste orde.

Het lanceerprofiel van een raket is bijna het beste geval om astronauten naar de ruimte te krijgen, in termen van van de hoeveelheid zwaartekracht. Je moet echt een tijdje continu stoten. Een railkanon kan echter een deel van de snelheid leveren die nodig is om in een baan om de aarde te komen, als je dit zorgvuldig plant.

Ik dacht dat het belangrijkste tegenargument was dat als je eenmaal de thermische snelheid van de reactieproducten passeert, je in feite geen marginale bruikbaarheid krijgt in termen van toenemende snelheid.
@AlanSE: Voel je vrij om je eigen antwoord te schrijven, het mijne is erg ruw, dat geef ik toe. Voor mij is het grootste probleem het feit dat je niet kon stoppen als je afhankelijk was van een kanon om overal naartoe te lanceren, dus ...
Hoewel er duidelijk problemen zouden zijn die versnellen en vertragen als mensen erbij betrokken waren, zou een systeem als dit (theoretisch) kunnen worden gebruikt om grondstoffen van de aarde naar een maanbasis te bevoorraden? Misschien een bed van gemalen maansteen / stof maken om in te landen, of een soort luchtkussens ... zou dat voldoende zijn om te voorkomen dat er bij elke bevoorrading brokken van de maan wegschieten?
@PeterLeppert: Ja, dat is mogelijk, maar waarschijnlijk niet met een kanonbenadering. Misschien een railgun, om andere redenen.
De lancering zou dodelijk genoeg zijn om alles te doden dat zou kunnen worden gedood door te landen ...
@ ŁukaszLech Nee, de lancering zou niets doden wat er toevallig op de maan was toen het schip landde. Waarom beweer je dat het zou gebeuren?
@AJMansfield Ik bedoelde, alles wat er zou gebeuren om met zo'n schip te reizen.
12 km / s is een snelheid die nodig is om de lage baan van de aarde te bereiken. Om een ​​projectiel naar de maan te schieten, moet je het Lagrangiaanse punt tussen de aarde en de maan kunnen bereiken. Het bevindt zich 385000 van de aarde, dus de projectielsnelheid die nodig is voor het schot zou veel groter moeten zijn om het te bereiken dan alleen om een ​​lage baan te bereiken die mogelijk is met een schot van 12 km / u.
10 om een ​​lage baan om de aarde te bereiken, 14 om LLO te bereiken. Oeps ... Past zich aan zoals vereist.
#2
+25
Thomas Pornin
2013-07-30 01:22:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Voor zover ik weet, gaat de schokgolf bij het laten ontploffen van explosieven niet sneller dan ongeveer 2,5 km / s, dus een kogel zal niet verder worden voortgestuwd dan die snelheid, hoeveel vaten buskruit je ook verzamelt. De schokgolf kan worden versneld als de operatie plaatsvindt in een omgeving met hoge druk, maar het lijkt moeilijk om voldoende snelheid te bereiken om in een baan om de aarde te komen (ongeveer 8 km / s), laat staan ​​om naar de maan te gaan.

Je kunt echter een systeem met meerdere fasen maken: een kanon dat schiet, een ander kanon dat een derde kanon schiet, enzovoort. Uiteindelijk krijg je een raket, geen kanon. Het is een beetje een kwestie van definitie ...

(Een variant met een explosief die iets pittiger is dan buskruit wordt serieus onderzocht, maar ik betwijfel of het ooit zal gebeuren binnenkort.)

De versnelling zou ook op een zeer letterlijke manier elke gewervelde die de pech had dat hij voor deze reis was geselecteerd, afvlakken. Ruimtekanonnen zijn meer dan loze speculatie, maar ze zijn bedoeld voor het lanceren van bulkmateriaal, niet voor mensen.

#3
+12
Kevin
2013-07-29 22:36:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De absolute theoretische maximale massa die 1.600.000 pond poeder naar de maan kan lanceren, is iets minder dan 35.500 kg. De berekening is niet zo moeilijk (inleidende op calculus gebaseerde fysica), maar is ietwat lang en ingewikkeld en zou zonder mathjax behoorlijk lelijk zijn op een site als deze. Dat maakt echter twee belangrijke veronderstellingen die niet echt kunnen gebeuren: geen luchtweerstand , en al het poeder brandt ogenblikkelijk, waarbij al zijn energie naar de raket wordt overgebracht (geen naar een visuele vlam, geen naar geluid, enz. Ik werk nog steeds aan een kwantitatieve analyse van deze effecten, maar ik ben er vrij zeker van dat want ofwel luchtweerstand ofwel de eindige verbrandingssnelheid van de raket zou het onmogelijk maken om de maan te bereiken.

De maximale snelheid die een door stuwstof aangedreven raket kan bereiken, is afhankelijk van de massa van de raket, de massa van de stuwstof en de uitlaatsnelheid van de uitlaat. Volgens James Jenkins woog het schip 20.000 lbs; het drijfgas is natuurlijk 1.600.000 lbs. Met een typische uitlaatsnelheid van zwart poeder van 800 m / s. Zonder de zwaartekracht te bestrijden, zou die hoeveelheid buskruit stuw het schip iets meer dan 3 , 500 m / s, ver onder de ontsnappingssnelheid van de aarde van 11.200 m / s. Als je het een beetje omdraait, zou die massaverhouding een uitlaatsnelheid van bijna 2.550 m / s vereisen. En voor de volledigheid, de gegeven 160 miljoen pond drijfgas zou een raket kunnen lanceren van iets minder dan 1,5 pond; er zou 24 miljard pond drijfgas nodig zijn om de volledige raket van 20.000 pond te lanceren.

Jules Verne's schip had een diameter van 108 inch en woog 9.071 kg. Http://en.wikisource.org/wiki/From_the_Earth_to_the_Moon/Chapter_VIII
#4
+5
geoffc
2013-07-29 23:35:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Er is een verhaal dat het eerste door mensen gemaakte object dat ontsnappingssnelheid bereikte, een afdekking in mangatstijl was, over een uitlaatopening, van een ondergrondse atoombomtest.

Ze citeren dit echter op de website.

Maar de aanname dat het misschien van de aarde is ontsnapt, is onwaarschijnlijk (Dr. Brownlee's discretie bij het maken van een aanspraak op voorrang is terecht geadviseerd). Afgezien van de vraag of zo'n extreem hypersonisch, niet-aërodynamisch object zelfs de doorgang door de lagere atmosfeer zou kunnen overleven, lijkt het onmogelijk om veel van zijn beginsnelheid vast te houden tijdens het passeren door de atmosfeer. Een op de grond gelanceerd hypersonisch projectiel heeft hetzelfde probleem met het handhaven van zijn snelheid als een inkomende meteoor. Volgens de American Meteor Society Fireball en Meteor FAQ behouden meteoren die minder dan 8 ton wegen niets van hun kosmische snelheid wanneer ze door de atmosfeer gaan, ze eindigen gewoon als een vallende rots. Alleen objecten die vele malen deze massa wegen, behouden een aanzienlijk deel van hun snelheid.

Vanuit een ander grappig perspectief is er een geweldig sciencefictionverhaal, genaamd King Davids Ruimteschip door Jerry Pournelle die een universum postuleert waarin de interstellaire samenlevingen niet zullen ingrijpen tenzij uw planeet een baan om de aarde kan bereiken, en om politieke redenen vereist een planeet zo snel mogelijk een ruimtevlucht, dus bouwen ze een bemand vaartuig dat de aanpak gebruikt van het afvuren van een kanon naar beneden (soort chemische versie van Orion) om een ​​baan te bereiken.

Pournelle is leuk om goede sciencefiction te schrijven, en het bevat interessante discussies over de betrokken kwesties.

Waarom is het onmogelijk? Om te ontsnappen aan de snelheid hoeft de vector niet langs de "lokale" horizon te zijn.
Ik weet niet helemaal zeker hoe dit de vraag beantwoordt? Hoewel het interessant is, neem ik aan dat het slechts een stedelijke mythe is, en geen enkel deel ervan probeert de vraag daadwerkelijk te beantwoorden. : |
@DeerHunter - Zou het putdeksel niet onder zo'n enorme druk verpulveren voordat het de ontsnappingssnelheid zou kunnen bereiken, of op zijn minst in vlammen zou verbranden in een lagere atmosfeer?
@DeerHunter Ik bedoelde onmogelijk voor orbitale, niet ontsnappingssnelheid. Maar de ontsnappingssnelheid lijkt buitensporig hoog, zelfs voor een nucleaire gebeurtenis.
@TildalWave Het beantwoordt het door analogie. Als het onwaarschijnlijk is dat zelfs een nucleaire gebeurtenis er in geslaagd is om voldoende impuls te geven voor de omloop- / ontsnappingssnelheid, lijkt het zeer waarschijnlijk dat een buskruitgebeurtenis ook niet zou slagen.
Geoffc: Het is vanuit een puur ballistisch oogpunt niet ondenkbaar (ware het niet dat de lagere atmosfeer er was) om je voor te stellen om een ​​baan te bereiken met een rechtopstaande opname, omdat rond de maan gaan de periapsis een beetje kan trekken ... (ja, Ik weet het, inactieve speculatie) @TildalWave - de laatste (brandend in vlammen) is vrij waarschijnlijk.
Geoffc - analogie is niet wetenschappelijk. Pas op voor analogieën als u de berekeningen niet hebt gedaan of niet kunt uitvoeren, zelfs niet op de achterkant van een envelop.
Heeft iemand op [skeptics.se] naar deze bom gevraagd?
Dit was de Pascal-B-test van operatie Plumbob. De beginsnelheid was minimaal 66 km / sec; langzamer en het zou zijn waargenomen op meer dan één frame van de high-speed camera die de test filmde: http://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Plumbbob#The_first_nuclear-propelled_manmade_object_in_space
@DanNeely: Ik geloof dat dit artikel de bron hiervan is, en in feite een citaat heeft dat rechtstreeks verband houdt met de vraag die voorhanden is. Daarom heb ik de vraag bewerkt om de relevante informatie op te nemen.
Eigenlijk denk ik dat dit een van de beste antwoorden is, omdat het laat zien wat een raket kan dat buskruit niet kan en dat is iets relatief langzaam door de atmosfeer tillen totdat het veilig kan worden versneld tot orbitale / ontsnappingssnelheden zonder op te branden.


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...