¿Qué velocidad tendría un cañón de riel para lanzar un objeto para que atraviese la atmósfera y alcance una órbita terrestre baja?

Los grandes problemas son que necesita acelerar un objeto desde el reposo al orden de 8 km / s de velocidad en poco tiempo, y luego a esa velocidad en la atmósfera inferior, la onda de choque del arco hipersónico triturará / fundirá casi cualquier objeto práctico en basura en solo unos microsegundos.

EDITAR: parece que la Marina de los EE. UU. Bendiga sus corazones, puede llevar proyectiles de cañón de riel a Mach 7 en el lanzamiento con un rango de más de 100 km, pero al espacio es al menos 4 veces esta velocidad, 16 veces la energía. ¡El boom de Sonic en el lanzamiento debe ser increíble!

Ha pasado un tiempo desde que revisé los cálculos, pero como recuerdo, la longitud es del orden de 30 kilómetros para que los humanos sobrevivan a un viaje muy desagradable. Luego tiene que estar en ángulo para reducir la distancia de tránsito en la atmósfera, pero cualquier curvatura significativa en el riel y las fuerzas radiales g te matan. El mejor costo aproximado sería de varios cientos de millones de dólares, suponiendo la disponibilidad de tierras y obras civiles simples. Si lo más probable es que necesite un túnel aburrido, estaría en miles de millones de dólares. Sin embargo, un problema realmente grande es que solo puede lanzarse en un rango limitado de inclinaciones de órbita con una máquina, esto también influiría en la viabilidad comercial.

Ha habido algo de ciencia semiplausible e ingeniería poco práctica sobre la generación de un plasma inducido por láser frente al objeto para mover el arco de choque a una distancia más segura frente al objeto. EDITAR: mientras que los láseres no funcionan tan bien, alentar el trabajo en puntas de plasma en el frente si las naves parecen bastante alentadoras.

La buena noticia es que el costo de la electricidad para alimentarlo es muy modesto, pero poner esa energía en el riel a los niveles de potencia y sincronización requeridos es un verdadero desafío.

En resumen, sigue siendo un desafío de ingeniería insoluble sin una perspectiva real de superar las dificultades, que es básicamente la razón por la que no se ha construido.

EDITAR: después de revisar algunos artículos más, actualizaría a una perspectiva moderada de éxito con un presupuesto de investigación y desarrollo de unos 10 mil millones de dólares para prototipar las tecnologías requeridas, etc.

Haciendo algunos “cálculos simples de Excel” (tengo un libro de trabajo que escribí para la oficina de transporte espacial comercial de la FAA) y suponiendo:

  • lanzamiento desde el nivel del mar
  • El proyectil pesa 33 libras (cañón de riel como proyectil a 15 kg)
  • El coeficiente balístico de proyectil es 2.800 (masa dividida por el producto del área de la sección transversal y el coeficiente de arrastre), típico de un proyectil de cañón de riel

Si el proyectil puede alcanzar los 500,000 pies sobre el nivel del mar a una velocidad de 25,630 pies por segundo y puede maniobrar en una posición similar a una órbita, entonces puede mantener una órbita estable.

La velocidad de lanzamiento debería ser de 31.800 pies / seg.

Sin embargo, si el lanzamiento comenzó a 10,000 pies sobre el nivel del mar (área de investigación en Maui), entonces solo necesita una velocidad inicial de 29,850 pies / seg.

NOTA: el calentamiento por fricción de la piel desde el nivel del mar será un 63% más alto que el lanzamiento desde 10,000 pies.

Sin embargo, tomaría mucha energía acelerar ese proyectil de 10,000 pies a órbita (621,000,000 de julios)

Una mejor idea es lanzar un pequeño cohete a través del cañón de riel, y luego el sólido motor de cohete propulsor se lanzaría por encima de los 100,000 pies.

A mí me parece un proyecto de feria de ciencias ……

Es absolutamente impracticable. Para alcanzar la velocidad de escape, tendría que acelerar el objeto a 11.2 km / s. Incluso si el cañón de riel tuviera unos cientos de metros de largo, eso equivaldría a unos pocos miles de veces la aceleración de la Tierra. No sé nada que pueda sobrevivir a eso. Pero suponiendo que podamos superar ese problema, todavía estaría dentro de la atmósfera de la Tierra y las cosas tienden a calentarse mucho para los objetos que se mueven a altas velocidades a través de la atmósfera. También se ralentizarían, por lo que debes acelerarlos aún más.

Incluso para poder entrar en la órbita terrestre baja, estas cosas no se ven mejor.

La velocidad orbital es de aproximadamente 17,500 a 18,000 mph.
La vuelta al mundo en noventa minutos.

Esto es aproximadamente mach 25 cerca de la superficie.

Actualmente, la NASA usa tecnología de pistola de gas de etapas múltiples para conducir pequeños proyectiles (calibre .25, según recuerdo) a este tipo de velocidad con fines experimentales, como simulaciones de impacto de meteoritos.

Esto fue propuesto por una investigación que trabajaba en el programa SDI durante la administración Reagan. Calculó que la carga útil sufriría 900 g, aunque sería útil para lanzar combustible, materiales y desechos nucleares. Por supuesto, el lanzamiento costaría miles de millones.

La velocidad de escape para la Tierra es de 7 millas por segundo. Cerca de 25,000 mph.

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