¿Es posible construir un cañón que pueda lanzar a una persona al Sol? ¿Qué tan grande debería ser?

Answer 1

Para ser lanzado al sol, debes tener suficiente energía para escapar de la gravedad de la Tierra y suficiente energía para superar la velocidad orbital de la Tierra alrededor del sol. Escapar de la Tierra desde la superficie requiere 11.2 km / sy caer al sol requiere aproximadamente 29 km / s. Estos se suman en cuadratura para obtener 31 km / s de delta-v total.

Para lanzar una persona con una masa de 70 kg desde la Tierra al sol sin ningún equipo de protección (supongo que no valoras su supervivencia si la lanzas al sol), se requiere un mínimo de energía cinética de 33,6 GJ , o el equivalente de aproximadamente 8 toneladas de TNT. En comparación, un arma naval de 16 “puede lanzar un proyectil de 1.225 kg a una velocidad de 762 m / s, lo que le da 359 MJ, o el equivalente a 85 kg de TNT. Necesita al menos aproximadamente 100 veces la energía de la boca de un 16 “arma para lanzar a una persona al sol. El Schwerer Gustav, el arma más poderosa jamás construida, podría lanzar un proyectil de 7200 kg a una velocidad de 720 m / s, aún dándole una energía cinética equivalente a apenas media tonelada de TNT. El Gustav tenía una masa de 1350 toneladas, mientras que el cañón de 16 “tiene una masa de 121 toneladas. No sé qué pistolas de ley de escalado siguen, pero puedo adivinar con seguridad que un arma de este tipo sería al menos unas veces tan grande como el cañón Gustav. Una comparación ligeramente relevante podría hacerse con el cohete Saturno V, que tenía una masa alimentada de 2300 toneladas.

Schwerer Gustav
Pistola Mark 7 calibre 16 “/ 50
Saturno V

Así que ahora supongamos que construimos un cañón con una velocidad de boca de 31 km / s. ¿Qué pasaría? Bueno, si el cañón del cañón tiene menos de 100 m de largo, la aceleración experimentada sería del orden de 500,000 g. Para una persona de 70 kg con un área de sección transversal de aproximadamente 1 metro cuadrado, las tensiones impuestas serían comparables a enterrar a la persona debajo de una montaña. Como consecuencia de la tercera ley de Newton, el arma siente la misma fuerza que la persona y tiene que lidiar con esas tensiones inmensas de alguna manera.

Una vez que la persona atraviesa el cañón, será recibida de inmediato por la atmósfera de la Tierra en Mach 90. La aceleración del arrastre resultante sería comparable a la aceleración que se siente al salir del cañón, pero en la dirección opuesta. La carga térmica calentaría el aire por delante de la persona a decenas o posiblemente a cientos de miles de Kelvin.

Entonces, en resumen, te has embarcado en uno de los proyectos de ingeniería más grandes de la historia y has encontrado la forma de pulverizar e incinerar a un ser humano en menos de tres mil quinientos segundos. ¿Estás seguro de que todavía quieres volarlos al sol, donde la temperatura de la superficie es de solo 5800 K? ¿Si? Bien, hagamos que el lanzamiento sea sobrevivible. Podríamos hacer del cañón un riel de miles de kilómetros de largo que se inclina gradualmente hacia el espacio, pero hay que tener en cuenta que ese riel tendría que curvarse alrededor de la Tierra. Un cuerpo en movimiento circular a 31 km / s alrededor de la Tierra experimenta 15 g de aceleración radial, lo que fácilmente mataría a una persona.

¿Qué tal un ascensor espacial que se extiende 36,000 km sobre el ecuador? La aceleración vertical promedio sería de aproximadamente 1.5 g, que incluye la fuerza de la gravedad a medida que disminuye con la altitud. Esto es manejable. Curiosamente, debido a que el elevador espacial está necesariamente en el ecuador, no siempre apuntará en la dirección opuesta a la velocidad de la Tierra en relación con el sol. Tienes que esperar a que el vector de velocidad de la Tierra pase a través del equinoccio vernal, lo que significa que tal lanzamiento solo se puede realizar durante dos períodos al año alrededor de los solsticios. De lo contrario, desperdiciará energía moviendo su proyectil fuera del plano de la órbita de la Tierra y es posible que no llegue al sol.

Finalmente, una vez que haya superado el problema de mantener viva su carga útil hasta después del lanzamiento, caerán al sol durante aproximadamente 9 semanas (tercera ley de Kepler, a = 0.5 au). Incluso si le proporcionó oxígeno y alimentos para que duren tanto tiempo, probablemente morirán por la exposición a la radiación o por el sobrecalentamiento de su nave espacial en la luz solar que se intensifica gradualmente mucho antes de llegar a la fotosfera del sol.

Answer 2

La NASA y el ejército de los EE. UU. Siguen haciendo estudios sobre la tecnología de armas de riel. La NASA está considerando el sistema de lanzamiento de cañones ferroviarios La aplicación más prometedora es enviar combustible al espacio para misiones fuera de la órbita terrestre.
Como dijo Ryan, el viaje sería MUY ACOSO y casi seguro letal. Puede que sea mejor que te lances desde un avión o la cima de una montaña. Sin embargo, una vez en órbita (y muerto), es casi seguro que podría usar tirachinas de gravedad de la luna, la Tierra y Venus para golpear el sol con mucha menos velocidad inicial en órbita que el cálculo de Ryan. La nave espacial Mariner 10 hizo esto para llegar a Mercurio.

Answer 3

No muy diferente de disparar a la luna:

Cómo disparar literalmente a la luna

Isaac Newton expuso los requisitos balísticos físicos para golpear la luna con una pistola en su famoso experimento mental Cannonball. Desde Newton, y durante años antes que él, los humanos han tratado implacablemente de dispararle al hombre en la luna en su gran cara sonriente. Ahora, casi lo hemos descubierto.

Solo hay dos formas de salir de este planeta: con y sin energía. Los cohetes, que usan propulsores para acelerar continuamente mientras viajan, entran en la primera categoría. Los viajes espaciales como los conocemos han sido casi exclusivamente del tipo propulsado. Esto se debe a que es mucho menos estresante tanto para la nave como para su carga útil mientras alcanzan la velocidad de escape (la velocidad y dirección mínimas que debe recorrer un objeto para que no caiga hacia atrás ni entre en órbita alrededor del planeta).

Las balas, que solo se aceleran hasta que salen del cañón de la pistola, tienen más dificultades para escapar. Por lo tanto, vamos a necesitar un arma más grande. Mucho, mucho más grande. Más grande que cualquier arma jamás construida antes. ¿Esa pistola de ferrocarril nazi de la Segunda Guerra Mundial? Un tirador de guisantes en comparación con el cañón necesario para poner paquetes en el espacio. Vamos a necesitar una pistola espacial .

Una pistola espacial es una pistola que lanza objetos al espacio. Duh Es la alternativa sin potencia a los lanzamientos de cohetes. Jules Verne hizo famoso el concepto de pistola espacial en su clásico de ciencia ficción, From the Earth to the Moon . El ejército de los EE. UU. Ha hecho varios intentos de construirlos también, primero con altos explosivos, luego con tecnología de riel y bobina electromagnética.

El primer esfuerzo exitoso de los militares, SHARP (Proyecto de Investigación de Súper Altitud Alta), encendió metano presurizado para conducir un pistón de 1 tonelada. Este gas de hidrógeno comprimido en el otro extremo del tubo de disparo a 60,000 psi, lanzando un proyectil de 11 libras a Mach 8.8, es decir, 6,700 mph. Aún más impresionante fue el Proyecto HARP. Disparó una bala de 400 libras 110 millas a 8.050 mph, usando un arma naval de calibre 100 (16 pulgadas).

Pero por más impresionantes que sean estas hazañas, ni HARP, ni SHARP, ni ningún otro proyecto de lanzamiento espacial balístico del DoD ha puesto en órbita un artículo con éxito. Por lo tanto, el interés militar en los últimos años ha disminuido. Así, la empresa privada ha tomado el timón de la pistola espacial, con firmas como Quicklaunch y StarTram compitiendo por los inversores. Tal arma tiene costos de construcción inmensos, pero el potencial también es grande: las tasas de operación podrían ser tan bajas como $ 250 por kg, en comparación con el costo promedio de lanzamiento de cohetes de $ 5000 por kg.

Pero hay algunos problemas fundamentales con las armas espaciales que primero deben superarse antes de que esta tecnología sea factible, el menor de los cuales es el hecho de que las cargas útiles se disparan desde un cañón gigantesco a velocidades supersónicas . Mira, a diferencia de los cohetes, los proyectiles balísticos solo aceleran hasta que salen del cañón. Esto significa que para alcanzar la velocidad de escape mínima necesaria, las cargas útiles deben moverse increíblemente rápido (mencioné, Mach 8.8 ) cuando salen del hocico, atraviesan la atmósfera espesa de la Tierra y escapan de las garras gravitacionales del planeta.

Para hacer esto, necesitamos un arma con un cañón incalculablemente largo o necesitamos disparar el proyectil con mucha más fuerza: cientos de G de fuerza. Incluso si el cañón tuviera 60 km de largo, el proyectil tendría que estar acelerando a más de 1000 m / s2 mientras deja el arma para alcanzar la velocidad de escape. Dicha aceleración impartiría más de 100 Gs en la carga útil durante el viaje de 10 segundos. El problema es que los humanos salen a 25-35 G.

No solo la carga útil sufre, sino que el exterior del proyectil también sufre extremos durante el lanzamiento. Dado que el proyectil se mueve más rápido en el punto donde la atmósfera es más gruesa (presumiblemente al nivel del mar al salir del hocico) se produce un inmenso calor de fricción. Como explica Greg Goebel de Vectors, “un cálculo simple basado en un proyectil cúbico de 1 kilogramo lanzado a una velocidad de boca de 39,600 KPH al nivel del mar muestra que perderá el 20% de su velocidad y una buena parte de su protección térmica ablativa en los primeros 16 metros de vuelo “.

Incluso si el arma estuviera situada en la cima de una montaña por encima de los 15,000 pies, lo que reduce la cantidad de atmósfera para empujar y reduce los requisitos de energía en un tercio, la energía necesaria para la operación aún sería prohibitivamente grande. Al menos con nuestro nivel actual de tecnología.

Cuando se trata del impacto real, afortunadamente, las leyes de la gravitación hacen que golpear a otro cuerpo celeste sea bastante fácil. Mientras una carga útil pasiva no viaje más rápido que la velocidad de escape del objetivo cuando los dos se encuentran, la atracción gravitacional de la luna atraerá la bala lo suficiente como para hacer que golpee dentro de su primera órbita. Sin embargo, incluso con golpear la luna casi garantizado, sería mucho más útil si pudiéramos poner el proyectil en órbita lunar.

Entrar en la órbita de la luna es otro trabajo que requiere un cohete motorizado. La inserción orbital siempre se ha realizado con una carga útil activa (una equipada con retrocohetes o aerofrenos) que puede ajustar la forma de su órbita después del lanzamiento al reducir el impulso a menos de la velocidad de escape del cuerpo objetivo. El Mars Recon Orbiter, el Mariner 9 y todas las demás naves espaciales que hemos utilizado en el sistema solar han empleado esta técnica. Lo cual es genial, si casi quieres llegar allí.

Entonces, ¿todavía quieres disparar con éxito a la luna? Solo tienes que construir un arma gigante en la cima de una montaña realmente alta, cargarla con algo que pueda resistir tanto la fuerza monumental del lanzamiento como el impacto supersónico con una superficie interplanetaria, y hacerlo todo por menos del costo de la Muerte Estrella. No hay problema.

Answer 4

Solo quería agregar que debes impulsar el objeto un poco más allá del equilibrio entre la tierra y el sol y no el infinito, que es lo que denota la velocidad de escape. Como se explica en este diagrama,

Esta distancia es alrededor de [matemáticas] 2.58 * 10 ^ {8} metros [/ matemáticas]. Todo lo que tenemos que hacer es empujarlo un poco más allá de este punto.

Como la energía potencial gravitacional es,

[matemáticas] U = \ frac {Gm_ {tierra} m_ {objeto}} {x} [/ matemáticas]

Aproximando la masa promedio de una persona a alrededor de 70 kg. Tenemos U es, 0.1073 gigajulios para un objeto de 70 kg

Ahora, la diferencia entre este valor y la energía potencial en la superficie de la tierra es de alrededor de 0,11 gigjulios

La velocidad de un objeto de 70 kg que posee tanta energía cinética es de alrededor de 730 m / s . Esta velocidad es agnóstica de masas. Un poco más allá de Mach 2; ¡Los Swat Kats volaron a Mach 5!

De todos modos, todavía no he tenido en cuenta el momento angular de un cuerpo. Un objeto disparado directamente al sol gracias a su momento angular inherente probablemente se disparará y entrará en una órbita elíptica . Supongo que debes tener una velocidad tangencial que reduzca el momento de inercia del cuerpo al de un cuerpo en la superficie del sol.

Además, Air Drag.

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Hipotéticamente

Probablemente estoy fuera de lugar por unas magnitudes de unas pocas magnitudes de 10. De todos modos, ¡una búsqueda rápida de Wolfram Alpha te dice que esto es 3/4 de la velocidad de boca de un M16 ! Maldición, si no hubiera aire en la tierra, todas las balas lanzadas desde un M16 llegarían al Sol. Lamentablemente, nadie estaría vivo para ver que suceda.

Todo eso puede salir mal

Además, de la parte superior de mi cabeza, los dos propulsan un objeto por:

1. Gases calientes en expansión
2. Fuerza electromagnetica

Si usamos gases en expansión, entonces la temperatura probablemente incinerará el cañón. Es necesario que haya suficiente protección contra estos gases también. A medida que aumenta la cantidad de poder explosivo, también lo hace el peso de este escudo . Supongo que hay una curva limitante en algún lugar aquí.

En cambio, si está utilizando pulsos electromagnéticos, el canon probablemente se derretirá debido a las corrientes inducidas o se desgarrará . Si de alguna manera logramos construir un cañón que esté completamente hecho de plástico o algo así. Al igual que Magneto de los X-Men, el hierro en su sangre probablemente rasgará sus vasos sanguíneos.

Probablemente habrá una onda de choque dentro del barril, lo que probablemente retardará considerablemente el objeto ya que no hay lugar para que las olas se expandan.

Probablemente esto sea muy descabellado, pero a medida que la columna de aire que se expande vibra, probablemente resonará con el canon en algún momento. Oye, quién sabe …

Francamente, creo que Air Drag va a ser el factor decisivo. La razón por la que la mayoría de los objetos vinculados al espacio no se aceleran inmediatamente desde la superficie es porque cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es la resistencia del aire.

Como estamos utilizando un canon, la energía para todo el vuelo debe ser suministrada antes de que el objeto salga del hocico. Este arrastre también generará calor debido a la fricción con el aire, que creo que destruirá instantáneamente la cápsula y probablemente incluso el canon.

Por supuesto, siempre podríamos construir un resorte estirado gigante si todo lo demás falla.

Answer 5

Grande. Y extremadamente ineficiente.

El vuelo espacial está dictado por el delta v de una nave espacial (dv en esta publicación, ya que Android no tiene un símbolo delta) o cambio de velocidad.

La mecánica orbital depende, lo adivinaste, de las órbitas.

Una órbita puede verse como una caída libre alrededor de un cuerpo. Simplemente muévase lo suficientemente rápido como para que la superficie se curve lejos de usted de lo que está cayendo hacia ella.

Se necesitan 9400 m / s de dv solo para entrar en la órbita terrestre. Tardará otros 2400m / s en alcanzar una órbita geoestacionaria. Luego otros 680 para empujar tu órbita más allá de la luna. Solo 90m / s más y te habrás liberado de la gravedad de la Tierra.

Ahora estás en órbita solar. Acumula otros 280 para dejar caer tu perigeo (punto más bajo de la órbita) debajo de Venus. Otro 2060 te llevará por debajo de Mercurio. 15,740 más te ponen en órbita de transferencia al sol. Agregue 176000m / s más para ingresar a una órbita solar baja. Y voy a parar allí. Casi 300000 m / s para llegar al sol utilizando la transferencia Homan más eficiente.

Un arma no tiene motores en el proyectil. Después del impulso inicial, su inercia. Necesitaría un arma que disparara un proyectil a mach 1000 (más o menos). Y debería asegurarse de que la resistencia aerodinámica no lo destrozara.

Answer 6

Al observar los comentarios que ha agregado a su pregunta, parece que tiene en mente un sistema para la eliminación de residuos excepcionalmente desagradables, tal vez altamente radioactivos. Le llamo la atención sobre que, además de las consideraciones en otras respuestas, este cañón, cargado con un caparazón que consiste en sustancias tan peligrosas que no queremos mantener en la tierra, tendrá que ser increíblemente confiable, como lo más mínimo el mal funcionamiento significaría un desastre.
Además, tendrías que tomar estas cosas peligrosas, formarlas en un proyectil y enviarlas al cañón. Dejando a un lado la física, la posibilidad de convencer a cualquier político que espera la reelección de que esta idea vale la pena financiar probablemente no sea fácil.
Hay muchas cosas que podemos hacer. Si alguna vez quisiéramos es quizás mucho más importante

Answer 7

Bueno … [RAYA LA CABEZA] … Si lo montas en uno de los asteroides en el cinturón de asteroides (entre Marte y Júpiter), en realidad podría ser bastante pequeño …