用什么样的加农炮能把川普以极快的速度射向太阳?

作者 / 和尚洗头用飘柔

以下为严肃的胡说八道。

为什么要把川普射到太阳上去?

据路边社报道,在 2015 年特朗普还不是美国总统的时候,他就自己就发了一个推文:

现在好了,特朗普当总统了,结果这几天连着几次极为罕见地下跌了超过 1000 点。。。。。

以为是黑色星期一,结果是黑色一星期。。。。。

当然,人家朗普总统当时说的是 Dow Joans,而不是 Dow Jones,后面这个才是道琼斯的英文。

我不管,怎么能放过这个机会呢?让我来分析一下怎么才能把他老人家射上太阳呢?

We need a very big cannon

首先,按照川大统领的要求,需要一个很大的人间大炮。

牛顿早已经想过这个问题了。在他着名的炮弹思想实验中,牛顿提出了达到一定的弹道速度就可以逃离地球。有了牛顿的肩膀,后人逐渐想到,离开这个星球只有两种方法:有动力驱动的和无动力驱动的。火箭使用推进剂在大气飞行过程中不断加速而达到逃逸速度,属于第一类有动力驱动。而炮弹只会加速到离开枪口为止,所以需要更快的加速度,也就需要更大的炮管,比人类制造过的任何大炮都更大。

到了 19 世纪,脑洞祖师爷凡尔纳在科幻小说《从地球到月球》就想象过这样的大炮。在小说中,用大炮上月球这个计划,得到了全世界人们的热烈欢迎。大家用了一千二百座熔铁炉熔了六万吨铸铁,建造了一门长几千米,口径几十米的超级巨炮,光是炮台就有几十平方公里,用一颗空心炮弹将三个人向月球发射了出去。

战争永远是天才和疯子的乐园。一战中,由德国着名的克虏伯兵工厂制造的“巴黎大炮”因炮击巴黎而闻名,长径比(即炮管长除以口径)达到了人类有史以来最大的 172。十层楼高的炮管长,射出了第一个到达同温层的人造物品。

二战中,元首也不甘落后,又让克虏伯兵工厂制造了 800 毫米的火炮:古斯塔夫轨道炮(以及多拉大炮)。超级大炮能把 4.8 吨的高爆弹(48 个川普)以 820 米 / 秒的恐怖速度射出去,但与逃逸速度 11,200m/s (32 马赫)相比还是差太远了。(就算把高爆弹换成一个 200 斤的人也不行)。

元首 GG 之后,世界从热战变成了冷战。战斗民族站起来了,研制出了 406mm 的 2A3 自行式核榴弹炮,爆炸威力据称超过 5000 吨 TNT 当量。但是如果不算核弹,只看炮的话,与元首的比起来还是小巫见大巫了。

还是去西方阵营看看有没有合适的大炮吧。当年研发巴黎大炮的德国工程师的女儿后来把设计手稿交给了加拿大火炮专家 Gerald Bull。这个 22 岁就戴上博士帽的天才,在美国和加拿大军方的支持下,在巴巴多斯搞了一个代号为 HARP(高空飞行研究计划)的秘密研发基地,目的是设计一种能够发射人造卫星的超级大炮。 Bull 将美国海军战列舰的两门 16 英寸火炮的炮管头尾对焊,造了一门口径 406mm,炮管长 36 米的怪兽。经后来的计算,这门炮能把载体垂直射到 25 万米以上的高空(ESA 的 GOCE 卫星的轨道高度)。史称“巴巴多斯大炮”。在世界上现存的可实用的大炮中,它所保持的纪录至今仍未被打破。

但我们是要 shot into sun 啊!这个大炮别说射日射月了,连完全入轨都不能,美帝和加拿大于是决定不给钱。Bull 同志于是跑去抱萨达姆的大腿。

在这方面,萨达姆和元首的想法是一致的。1988 年两伊战争结束后,萨达姆对想用大炮发射卫星的 Bull 表示自己浓厚的兴趣,并决定出资资助他。在得到资助后,Bull 就开始制造有史以来最大的大炮,伊拉克人将其称为“巴比伦大炮”。可惜,还没等研制成功,布尔博士就被以色列特工给暗杀了。后来,连萨达姆也没有“后来”了。

美国人也没闲着。一个名为 SHARP(Super High Altitude Research Project,超高海拔研究项目)的绝密项目在 80 年代末被启动。美军研发出的 16 英寸口径海军炮用压缩氢能以约 3000m/s 的速度发射 5 公斤重的弹丸。如果该项目继续进行,则有可能开始太空发射试验,其速度可能达到 7km/ s,约 21 马赫。但由于没有后续资金(10 亿刀的缺口),该项目最终在 1995 年被取消。已有的 SHARP 继续用于其他研究领域如超燃冲压发动机的研发。

目前为止,人类的火炮连 1 万米每秒(32 马赫)的理论初速都远远达不到。如果考虑到空气阻力和变轨等实际问题,想射日的话,炮管出速度还要增加,估计至少要再翻一倍。要知道,耗资 15 亿美元的帕克太阳探测器的速度差不多是10 万米每秒,对,你没看错。

所以,以目前的技术,还研发不出这样的加农炮(研发资金大概在百亿美元数量级)。

特朗普能受得了么?

我们假设特朗普同志为了履行诺言,不惜重金就硬造这样的火炮。为了能达到规定速度,在川普不能减肥成一只小虫子的情况下,我们要么将炮管加长,要么将火药加量(数百 G 的推力)来发射。即使炮管长 60 公里,也必须以大大超过 1000m/s2 的速度加速才能达到逃逸速度。100 个 G 的负载。。。难以想象。健壮如牛的人类最多也就能忍受 46 个 G 左右吧。(之前我写过一篇涉及人类加速度极限的贴子,一时想不起来是哪个话题下找不到了)如果按照 4 个 G 来算,需要一个大概几千公里长的炮管。。。臣做不到哇。。。。得去借大圣的如意金箍棒一用。。。

还不光是加速度和炮管长度的问题。由于炮弹在稠密的大气中高速移动,会产生巨大的摩擦热。先不考虑炮管能不能受得了,按现有研究数据,以 39,600KPH 的初速在海平面发射的 1 千克立方的炮弹,在射出后的前 16 米内将损失 20%的速度,转化的热量能把它的烧蚀性热保护层都给熔化掉。(by Greg Goebel,Vectors) 。就算把炮架在珠穆朗玛峰顶,发射所产生的能量仍然会过高。至少以我们当前的技术水平而言。

没有其它办法了么?

有人说,我们可以借助引力弹弓效应,那这也要想办法达到第二宇宙速度才行。我们最大的挑战就是如何想出办法来保持如此高的速度,因为空气阻力将大大降低任何此类物体的速度(更不要提产生的热量了)。如果其他所有方法都失败了,我们还是可以建造一个有超出大气层高度巨大的弹簧,直接把他弹出大气层。(材料系的同学别吐血)

也许,再过几年,我们就有黑科技能把他射到太阳上去。嗯,现在就只差那么一点点了。

好了,我编不下去了。。。。。

一更(强行继续编。。。)

1. 大家比较关心川总能承受多大的加速度。。。

我们知道,如果像人间大炮一样头朝前加速时,加速度会将血液从头部压到下肢,肋骨和内脏器官被下拉,肺部受压导致呼吸极其困难。眼睛也会因心脏泵血不足导到缺氧,首先失去外围视觉,视野中只指剩下了一个狭窄的圆形隧道式的区域(隧道视觉),直到两眼一黑完全丧失视力(当涉及到加速度时,人体解剖结构中最脆弱的就是眼睛)。随着加速度的持续,不久后连意识也会消失。如果加速度大于 6 个 G,普通人就会跳过视觉先兆,直接迅速地转变为完全无意识状态[1]。人体的加速度极限,取决于加速度的大小、持续的时间长度、加速方向以及身体素质等。[2]

我们大多数人最多可以承受 4 到 6 个 G。宇航员在升空时承受大约 3-4G 的载荷,而早期火箭技术落后时,宇航员在起飞之后的三十秒内承受着最大 10 个 G 的加速度。战斗机飞行员在一到两秒钟内最多可承受 9 个 G,而红牛最牛的特技飞行员之一曾挑战过 11.2G 的加速度。

上图中极限位置的数据,来自于美国勇士 John Stapp(我之前有一篇回答详细写过,就不多说了),他一次一次的逼近极限,依次突破了 10G,18G,30G,最终达到了 46.2G 的记录。相当于用 0.13 秒,从 0 加速到公路限速的 60 公里每小时。

鉴于川建国同志生于解放前的 1946 年,现在已经 73 岁高龄,所以他最多也就是4 个 G 吧。

2.关于刘电工的《地球大炮》

有评论推荐使用《地球大炮》中的设置。嗯,好吧,我们来看看这个能不能射川入日。

按照大刘的设定,这尊“大炮”的炮管是从漠河到南极的隧道,长达一万两千六百多公里,是地球上最长的隧道。从地心到南极那一段人为制造强大磁场推力使物体继续加速。这人为磁场是通过在隧道外表面缠绕粗导线并通电来制造的,电流则来自地核。只要在人的密封服或太空飞船放置超导线圈,线圈中的电流生成方向相反的磁场,就能产生推力。

因为是加农炮设定,所以不能通过霍曼转移轨道来变轨,只能借助引力弹弓来改变轨道并加速。但这会产生一个问题,地球大炮的靶向方向不是太阳,那这就需要改变轨道方向。没有 RCS,那难道要通过放屁来控制方向么。。。而且也太过于科幻了,估计川普是等不到那天了。

3.关于核动力井盖的传说

地球上速度最快的人造大型物体是什么?

据传闻,1957 年 8 月,美国 LANL(研制出第一颗原子弹的实验室)进行了一次地下核爆炸实验,坊间传说因小数点点错(耳熟不?),原本只打算释放 1 千克的当量,结果却释放了超过 300 吨 TNT 炸药的能量,这远超预期,核爆在一瞬间气化了上方几吨的混凝土,冲击波以超高速沿着井道上升。这时的试验井实际上成为了一个 150 米长、1.2 米口径的巨型炮。导致核试验井尽头的 10 厘米厚的钢铁井盖被冲击波以极高的速度被发射出去。美国 1992 年的《天空和太空》(Air and Space)杂志提到参与这次核试验的罗伯特·布朗利(Robert Brownlee)估计,这个井盖的速度达到了 70km/s 以上,至少是航天器离开地球所需的逃逸速度的 6 倍。有的故事中直接称它不但是迄今最快的人造物体,还是第一个进入太空的人造物体。(两个月后,苏联在 1957 年 10 月发射历史上第一颗人造地球卫星斯普特尼克 1 号,如果不算井盖的话,这个卫星被认为是第一个进入太空的人造物体。)[3]

那么真相是怎样的呢?罗伯特·布朗利本人[4]明确提到,当时井盖飞出的速度太快,视频记录中只有一帧画面捕捉到了这个井盖,因此没有足够的根据来计算其速度。当时他的上司大吼着问他井盖的速度,他考虑到井盖在高速摄像机的一帧时间内就已经飞出了画面,就估计了一下数值下限:“大约 6 倍地球逃逸速度。”

6 倍第二宇宙速度?也就是时速 252,000 公里,206 马赫,是大气层内飞行速度纪录的 70 多倍,现代榴弹炮初速的 70 多倍,普通手枪子弹的近 200 倍,普通民航客机的 300 倍。这个速度甚至超过了第三宇宙速度(太阳系逃逸速度)的 4 倍。这个井盖在不到一秒的时间内获得了 4 倍于旅行者 1 号通过几十年积累起来的速度。它的瞬时加速度可能达到了 10^8 – 10^10 m/s^2 的数量级。[5]冲击波撞击钢板所产生的动能,理论上是将固态铁井盖转化成蒸气所需的动能的 300 倍。那怎么办?为了能继续胡编下去,那就给川总裁做好隔热先,先穿上无敌隔热的奥特曼橡胶衣,再把唐纳德·特朗普绑在这个井盖上,也不考虑空气阻力的巨大影响,会不会有射 zhong 到 chu 太阳可能呢?

可惜不会。井盖上的 200 斤胖子会在瞬间被恐怖的加速度压成厚度极薄的肉膜均匀地摊在井盖的表面。

你们对帝国元首真是太狠心了。。。

二更 关于引力弹弓

好了,以上都是扯淡。我们讲点实际的。

上面提到帕克飞行器。做为人类最接近太阳的飞行器,最简单快速并省能量的轨道,并不是直线轨道。(走直线轨道需要脱离地球引力场之后消除环太阳运动的速度,需要接近于 40km/s 的速度变量。这是化学能工质飞船所达不到的速度变量)。工程师们先把探测器打到木星轨道,然后在木星轨道附近减速,进入近日 – 木星转移轨道。通过行星引力的制动,来达到更大的有效载荷。

在帕克太阳探测器的轨道中,会经历相当漫长的 7 次和行星的近距离接触进行制动,才最终进入最终的近日轨道。进入最终轨道之前还需要环绕太阳 22 圈,通过金星变轨七次。这需要数年的时间,不知道通过肺炎一疫的建国同志能不能挺到那个时候。

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