¿Se está investigando la propulsión del cañón de riel?

Específicamente: no es un "cañón espacial" para lanzar cargas útiles al espacio. Este tema se ha discutido mucho, y sé lo suficiente de la gran cantidad de problemas y sus soluciones parciales.

Me refiero a un dispositivo montado en una nave, que usa electricidad para lanzar piezas macroscópicas de masa de reacción metálica a hipervelocidad, en la dirección opuesta a la que debe moverse la nave.

Los cañones de riel que operan en la atmósfera tienen aplicaciones limitadas y su propia serie de problemas. Algunos de ellos deberían desaparecer en el vacío, mientras que otros podrían permanecer o exacerbarse. Sin embargo, si EDO-1 alguna vez alcanzó los 7000 planeados metro s velocidad de salida, constituiría un motor de más de 700s de yo s pags , y seguramente ese no es el final: si no nos esforzamos por obtener proyectiles pesados ​​de forma aerodinámica y propiedades perforantes, solo nos enfocamos en expulsar cualquier forma lo más rápido posible, esto podría ver aún más mejoras.

Por supuesto que habría problemas. Estrés de propulsión pulsada, suministro de energía, disipación de calor, etc. Pero tienes que admitir 700s de yo s pags suena muy tentador.

Y, por supuesto, me sorprendería mucho si fuera el primero en pensar en ello. Entonces, ¿se ha intentado, desarrollado, investigado esto? ¿Algunos problemas imprevistos que lo hacen totalmente imposible o, de lo contrario, un esfuerzo equivocado?

Hm, me pregunto si podríamos pilotar un asteroide como este lanzando su propia masa...
Había un esquema con conductores de masa que utilizaban material asteroidal como masa de reacción. Google MADMEN asteroides.
Me pregunto cuánto tiempo pasaría antes de que escupir una cantidad gigantesca de pequeños objetos que se mueven rápidamente cerca de la Tierra o instalaciones en el espacio sería un problema...
@kimholder: Imaginé que lo sería, por lo que la nave probablemente enviaría proyectiles a la atmósfera para quemarse. O al menos en la trayectoria de escape. Además, me imagino que con las energías involucradas, los proyectiles podrían estar saliendo del motor como vapor, o al menos como una neblina líquida muy fina.
Vale la pena evaluar los lanzadores de masa para aplicaciones específicas. El ISP y el empuje/peso son los factores clave de rendimiento cuando se lanza desde un pozo de gravedad y se transporta todo el propulsor. ISP es una función de la velocidad de escape y, para un cohete, el peso molecular de su propulsor. Entonces, está renunciando a ISP arrojando rocas o babosas metálicas, no hidrógeno. Sin embargo, si está moviendo un asteroide, entonces su sistema no tiene una masa limitada, tiene una energía limitada y un sistema de lanzamiento limitado por la masa. El artículo de Wikipedia sobre ISP enlaza con otro sobre eficiencia energética, que vale la pena consultar.
La idea de 'lanzamiento masivo' es antigua en la ciencia ficción. La propulsión del cañón de riel suena bien, aunque creo que el mantenimiento sería un gran problema. Sin embargo, consumen mucha energía, como un reactor nuclear. Los reactores nucleares no están permitidos en el espacio en este momento, pero eso probablemente cambiará eventualmente. No hay forma de que una de esas unidades de energía nuclear térmica pueda impulsar cañones de riel.
@HowardMiller: Es solo una cuestión de empuje promedio. La batería de condensadores puede cargarse poco a poco durante mucho tiempo hasta que alcanza el nivel cuando se dispara el cañón de riel. Por supuesto, en esa variante es muy inferior a los motores iónicos, que podrían proporcionar un empuje similar durante ese tiempo desde la misma fuente y con un mejor ISp. Pero parece un competidor serio para NTR: la reducción de NTR significa perder ISp con el mismo flujo de masa. Railgun reduce el flujo másico sin pérdida de ISp y potencialmente ofrece un mejor ISp en general con un empuje decente. Sin embargo, ¿cómo se compara con una batería de unidades de iones?
Sospecho que las unidades de iones serían la mejor manera de hacerlo. Un cañón de riel es esencialmente un cortocircuito con una corriente muy alta. Cualquier imperfección en un riel crecerá con cada disparo, hasta que el arma tenga que ser apagada y el riel reparado, ya sea mediante reparación o reemplazo. Tendrías que tener un gran impulso iónico para ponerte al día en cualquier período de tiempo apropiado, y la energía total gastada será aproximadamente la misma. Digo 'aproximadamente' porque habría un desperdicio de energía de una forma u otra.
@HowardMiller: Sí, si encontramos una fuente de xenón en el espacio profundo. Para las naves lanzadas/alimentadas desde la Tierra, estoy de acuerdo, simplemente arroje tantos impulsores de iones como necesite para el empuje deseado, y nada superará eso. Pero si planea una misión de regreso de muestra desde Ceres, podría considerar algo que pueda ser alimentado en Ceres.
@HowardMiller: Además, no estoy seguro, pero sospecho que podría escalar mejor con un gran empuje. Si está dispuesto a poner un reactor nuclear en su nave, el cañón de riel puede costar menos de trescientos impulsores de iones, proporcionando aproximadamente el mismo empuje y un ISp similar. Pero hasta que veamos algunos prototipos dignos del espacio, eso es solo una corazonada sin fundamento.
@Kengineer: Los motores de iones generalmente usan Xenon en lugar del Krypton de menor masa atómica porque, en este régimen, el empuje es una preocupación mayor que Isp; y una masa atómica más alta tiende a dar un mayor empuje a cambio de una Isp más baja. El "motor de cañón de riel" propuesto está extrapolando esta tendencia al extremo.

Respuestas (3)

Sí, Made on Space está investigando una idea similar. Plan para convertir asteroides en naves espaciales

el sistema de propulsión podría ser una especie de catapulta que lanza rocas u otro material desde el asteroide de forma controlada, empujando así la roca espacial en la dirección opuesta (como se describe en la Tercera Ley del Movimiento de Newton)

Si bien el plan Made in Space implica formas mucho más simples de expulsión de objetos que un cañón de riel para crear propulsión, los principios básicos aún se aplican.

Sospecho que si tiene la energía eléctrica disponible para disparar proyectiles macroscópicos desde un cañón de riel, es mejor que acelere el gas Xenon con él. Los propulsores de iones actuales producen velocidades de escape superiores a 30.000 m/s. https://en.wikipedia.org/wiki/Ion_thruster

Me preguntaba si este podría ser el caso. Sin embargo, el xenón es caro.
A $ 850 / kg, no va a romper el banco para sondas pequeñas, y los MPDT pueden obtener un rendimiento igualmente eficiente con hidrógeno.
Entonces, es posible que desee vincular a otro recurso como este , porque su artículo Wiki afirma que Xenon escasea.
30 000 m/s ¿a qué empuje? Además, los asteroides de hierro cuestan diez centavos la docena, mientras que encontrar xenón en el espacio será un desafío...
@ named2voyage Hay mucho xenón en la atmósfera. Es la producción global la que limita la oferta. El xenón a menudo se desecha en el proceso de licuar el oxígeno y el nitrógeno de nuestra atmósfera. Si hubiera una gran demanda, no sería difícil aumentar la producción.
No necesitas xenón necesariamente. Cualquier gas fácilmente ionizable en cantidad suficiente funcionaría, incluso la roca vaporizada.

Desde una perspectiva de ciencia ficción, hay un libro Heart of the Comet de Gregory Benford y David Brin sobre un intento de acorralar al cometa Halley en la órbita terrestre. En el apogeo, utilizan hondas de masa, básicamente cañones de riel que disparan masa extraída del cometa para transferir impulso y 'volar el cometa'.

Gran historia de todos modos, pero Brin y Benford son científicos reales, que a menudo prestan al menos un cuidado superficial a la ciencia en la historia.

'Heart Of The Comet' es una buena lectura. Lo recomiendo.
¿Se está investigando la propulsión del cañón de riel?
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