Apropo Mond: Jules Vernes Thesen

Auto, Rad & Mobilität Luft- & Raumfahrt
#1

Hallo,

wo wir in diesem Brett doch gerade beim Thema Mond sind: Seit ich Jules Vernes Roman „Reise zum Mond“ zum erstenmal gelesen habe, beschäftigt mich die Frage, wie dieser Schuß zum Mond wohl in Wirklichkeit ausgegangen wäre. Folgende Daten liefert Jules Verne für das Geschoss und die gewaltige Kanone (Columbiade):

Geschoss:
Das Geschoss ist eine Hohlgranate aus Aluminium mit einem Durchmesser von 2,75 m. Mantelstärke: 30,5 cm. Das Geschoss wiegt 8732 kg.

Columbiade:
Eine gusseiserne Kanone, die direkt in den Erdboden gegossen wird. Länge: 275 m.

Treibmittel:
Die Ladung sollte aus 180 t Schiessbaumwolle bestehen.

Das Projektil sollte dank der Columbiade eine Anfangsgeschwindigkeit von 11 000 m pro Sekunde erreichen. Die „Raumfahrer“ sollten durch ein simples hydrauliches System den Rückstoß überleben (gestaffelte Holzböden, die beim Abschuß durchbrechen und das sich zwischen ihnen befindliche Wasser aus Überlaufventilen pressen). Im Roman erzeugt die beim Abschuß freigesetzte Energie eine Schockwelle, die in weitem Umfeld Bäume entwurzelt und hunderte von Menschen in den Tod reisst. Auch wird ein Erdbeben verzeichnet.

Was würde nun aber tatsächlich passieren? Setzt man den Einsatz modernster Treibmittel voraus: Wie hoch und wie weit würde das Geschoss wohl heute fliegen? Käme es tatsächlich zu Turbulenzen in der Luft bzw. zu einem Erdbeben? Hätte ein Mensch auch nur den Hauch einer Chance, den Abschuß zu überleben? Wenn ja, wie?

Vielleicht hat ja einer die eine odere andere Antwort auf diese Fragen!

Grüße
Michael

#2

Hallo,

wo wir in diesem Brett doch gerade beim Thema Mond sind: Seit
ich Jules Vernes Roman „Reise zum Mond“ zum erstenmal gelesen
habe, beschäftigt mich die Frage, wie dieser Schuß zum Mond
wohl in Wirklichkeit ausgegangen wäre. Folgende Daten liefert
Jules Verne für das Geschoss und die gewaltige Kanone
(Columbiade):

Geschoss:
Das Geschoss ist eine Hohlgranate aus Aluminium mit einem
Durchmesser von 2,75 m. Mantelstärke: 30,5 cm. Das Geschoss
wiegt 8732 kg.

Columbiade:
Eine gusseiserne Kanone, die direkt in den Erdboden gegossen
wird. Länge: 275 m.

Treibmittel:
Die Ladung sollte aus 180 t Schiessbaumwolle bestehen.

Das Projektil sollte dank der Columbiade eine
Anfangsgeschwindigkeit von 11 000 m pro Sekunde erreichen. Die
„Raumfahrer“ sollten durch ein simples hydrauliches System den
Rückstoß überleben (gestaffelte Holzböden, die beim Abschuß
durchbrechen und das sich zwischen ihnen befindliche Wasser
aus Überlaufventilen pressen). Im Roman erzeugt die beim
Abschuß freigesetzte Energie eine Schockwelle, die in weitem
Umfeld Bäume entwurzelt und hunderte von Menschen in den Tod
reisst. Auch wird ein Erdbeben verzeichnet.

Was würde nun aber tatsächlich passieren? Setzt man den
Einsatz modernster Treibmittel voraus: Wie hoch und wie weit
würde das Geschoss wohl heute fliegen? Käme es tatsächlich zu
Turbulenzen in der Luft bzw. zu einem Erdbeben? Hätte ein
Mensch auch nur den Hauch einer Chance, den Abschuß zu
überleben? Wenn ja, wie?

Vielleicht hat ja einer die eine odere andere Antwort auf
diese Fragen!

Grüße

Hallo Michael!

Ich hab’ mal ein wenig gerechnet. Sehen wir uns mal das Projektil an:
Ich gehe vereinfacht von einem Hohlzylinder (ohne Zuspitzung oder Abrundung der Spitze) aus. Das Materialvolumen dieses Projektils ist das Volumen des äusseren Zylinders abzuglich des Volumen des Hohlraums:

V=h\*pi\*(R<sup>2</sup>-r<sup>2</sup>)

Wenn das Gewicht des Projektils 8732 kg beträgt und wir die Dichte von Aluminium mit 2700 kg/m3 einfügen, dann muss die Höhe des Zylinders 2,6 m betragen (ich weiss, dass das Ding jetzt keinen Boden und keine obere Abdeckung hätte, das würde die Höhe also nochmal verringern). Das erscheint mir eigentlich viel zu klein, wenn man auch noch besagte Hydraulik unterbringen will, da bleibt dann für unsere Allreisenden kaum mehr Platz…
Ich wende mich dann also einem anderen Problem zu: Der Startbeschleunigung. Wenn man davon ausgeht (bin ja kein Ballistiker, und die Annahme ist mit Sicherheit nicht richtig, aber ich glaube sie führt zum „besten“ Ergebnis für die Astronauten), dass das Projektil über die gesamte Länge des Laufs gleichmässig beschleunigt wird, dann kann man folgende Formeln verwenden:

v=a\*t

und

s=a/2\*t<sup>2</sup>

Wir setzen also für s=275 [m], v=11000 [m/s] und erhalten a=121000 [m/s2] also die 12000-fache Erdbeschleunigung. Von den Astronauten bleibt da nimmer allzuviel übrig. Die Dämpfung über die oben erhalten Geschosslänge von (max.) 2,6 m hilft uns da dann auch nicht mehr weiter…

Ich hoffe antürlich ich habe mich nicht irgendwo verrechnet. Es wundert mich nämlich eigentlich, dass Herr Verne, indem er so genaue Angaben macht, nicht auch selbst nachgerechnet hat, wiewohl das alles Formeln sind, die zu seiner Zeit durchaus bekannst sein sollten.

Übergebe somit die Bühne den Herrschaften, die uns die Möglichkeit eines (wohl dann eher unbemannten) Mondfluges mit der oben genannten Geschwindigkeit und die Auswirkungen der Reibung auf das Geschoss etc. erzählen könnten.

Gruß,
TheBeast

#3

Bumm
Hallo Michael,

Was würde nun aber tatsächlich passieren? Setzt man den
Einsatz modernster Treibmittel voraus: Wie hoch und wie weit
würde das Geschoss wohl heute fliegen? Käme es tatsächlich zu
Turbulenzen in der Luft bzw. zu einem Erdbeben? Hätte ein
Mensch auch nur den Hauch einer Chance, den Abschuß zu
überleben? Wenn ja, wie?

Wenn ich mich nicht verrechnet habe, bedeutet ein Geschwindigkeitszuwachs von 11.000 m/s auf einer Strecke von 275 m eine Beschleunigung von 220.000 m/s² oder ca. 2200 g.

Das dürfte wohl weder der Mensch noch das Geschoß aushalten. Die ganze Apparatur würde sich also wohl selbst zerlegen, und das einzige, was den Abschußort verläßt, dürften Fetzen und Fragmente sein…

Gruß Kubi

#4

Wir setzen also für s=275 [m], v=11000 [m/s] und erhalten
a=121000 [m/s2] also die 12000-fache
Erdbeschleunigung. Von den Astronauten bleibt da nimmer
allzuviel übrig. Die Dämpfung über die oben erhalten
Geschosslänge von (max.) 2,6 m hilft uns da dann auch nicht
mehr weiter…

Ich hoffe antürlich ich habe mich nicht irgendwo verrechnet.
Es wundert mich nämlich eigentlich, dass Herr Verne, indem er
so genaue Angaben macht, nicht auch selbst nachgerechnet hat,
wiewohl das alles Formeln sind, die zu seiner Zeit durchaus
bekannst sein sollten.

Hallo!

Ich noch mal…

Wie von Kubi schon richtig gerechnet, ist die Beschleunigung höher (220000 m/s2 ich hätte also den Herrschaften wenigstens die Hälfte erspart, was ihnen aber auch nicht mehr geholfen hätte) das sind aber, lieber Kubi, trotzdem 22000g…

Gibt sicher einen hübschen Krater *g*

Gruß,
TheBeast

#5

fast gar keine Probleme
Hallo,
da hatte Jule Verne bischen spinntisiert (oder eben dichterische
Freiheit walten lassen) in Ermangelung einer bessereren bekannten
technischen Lösung.

Geschoss:
Das Geschoss ist eine Hohlgranate aus Aluminium mit einem
Durchmesser von 2,75 m. Mantelstärke: 30,5 cm. Das Geschoss
wiegt 8732 kg.

ALU muß damals noch ein recht exotisches Metall gewesen sein, das
als „Supermaterial“ herhalten muste. Nichtsdestotrotz würde die
blechbüchse beim Abschuß ziehmlich zerknautschen.

Columbiade:
Eine gusseiserne Kanone, die direkt in den Erdboden gegossen
wird. Länge: 275 m.

So eine Kanone wäre eine tolle Ing.-technische Leistung.
Guseisen ist aber als Mat. eher schlecht. Würde wohl nach’m 1.Schuß
auch ziehnmlich lediert aussehen.

Treibmittel:
Die Ladung sollte aus 180 t Schiessbaumwolle bestehen.

Bei über 8t Nutzmassse nur 180t Treibmasse ist schon ganz sehr
„fortschrittlich“ . Klappt aber eben nicht, weil zu wenig
Energie, um die 11Km/s zu erreichen.

Das Projektil sollte dank der Columbiade eine
Anfangsgeschwindigkeit von 11 000 m pro Sekunde erreichen.

Das ist zumindest eine realistische Geschwindigkeit. Die Gesetze
waren ja damals schon bekannt.
Allerdings, gib’s da schon noch einige Probleme. Bei der Geschw.
würde das Geschoß schon nach kutzer Zeit in der Atmosphäre
verglühen (hat ja schließlich das Keramik-Hitzeschild vergessen).
Außderdem ist bei der Methode die Verbrennungsgeschwindigkeit
des Treibmittels sicher viel zu gering, als daß man 11km/s
erreichen könnte.

Die
„Raumfahrer“ sollten durch ein simples hydrauliches System den
Rückstoß überleben (gestaffelte Holzböden, die beim Abschuß
durchbrechen und das sich zwischen ihnen befindliche Wasser
aus Überlaufventilen pressen).

Dagegen ist der Aufprall auf Beton nach einem Sturz aus’m 20.Stock
eines Hochhauses ein sehr weicher Aufprall.

Im Roman erzeugt die beim
Abschuß freigesetzte Energie eine Schockwelle, die in weitem
Umfeld Bäume entwurzelt und hunderte von Menschen in den Tod
reisst.

Das ist nun sicher davon abhängig, wie nahe die Leute stehen.
bei 180t Sprengstoff würde ich auch schon einige hundert m Abstand
haben wollen.

Auch wird ein Erdbeben verzeichnet.

Das ist nun sicher etwas übertrieben. Paar hundert t Sprengstoff
auf einem Haufen, das hat man später schon bein weitem überboten
-> Atombomben

Was würde nun aber tatsächlich passieren? Setzt man den
Einsatz modernster Treibmittel voraus: Wie hoch und wie weit
würde das Geschoss wohl heute fliegen?

Man könnte sicher mit einer Kanone weit über 100Km schießen.
Aber selbst die 1. kosmische Fluchtgeschwindigkeit ist wohl mit
einer Kanone nicht zu erreichen.

Käme es tatsächlich zu
Turbulenzen in der Luft

Turbulenzen in der Luft gibs auch schon, wenn eine Feder runterfällt.
Ansonsten ist es halt ein großer BUMS.

bzw. zu einem Erdbeben?

eher nicht

Hätte ein
Mensch auch nur den Hauch einer Chance, den Abschuß zu
überleben? Wenn ja, wie?

Nur, wenn die vorher der Absturz aus’m 20 Stock trainiert haben
(natürlich ohne Fallschirm). Bleibt das problem wit dem verglühen.
Als Asche lebt sich’s auch schlecht.

Vielleicht hat ja einer die eine odere andere Antwort auf
diese Fragen!

joa froaeilich, woar oa Gaudi.
Gruß Uwi

#6

Railgun
In diesem Zusammenhang wird seit Jahren der Einsatz von „Railguns“, d.h. elektromagnetischer Beschleunigungssysteme diskutiert. Hierbei soll eine unbemannte Last über Kilometer hinweg beschleunigt und in eine niedrige Umlaufbahn befördert werden. Hierbei auftretende Probleme sind u.a. die enorme Beschleunigung, die weder Mensch noch Maschine heil überstehen, und der Luftwiderstand, auf den das Projektil trifft, wenn es die Mündung verläßt. Dieser verformte selbst Vollmetall-Testkörper pilzförmig. Wenn man einen Gegenstand mit mehreren km/s in eine dichte Atmosphäre einschießt, erzeugt man eine hübsche Sternschnuppe. Wie das selbst bei sehr dünner Atmosphäre aussieht, konnte man ja am Columbia-Absturz sehen.

Gruß
Moriarty

#7

Bei der Geschw.
würde das Geschoß schon nach kutzer Zeit in der Atmosphäre
verglühen (hat ja schließlich das Keramik-Hitzeschild
vergessen).

Da das Geschoß senkrecht nach oben abgefeuert wird, ist es in weniger als 10 Sekunden im All. Ich bin mir nicht sicher, daß diese kurze Zeit genügen würde, um es verglühen zu lassen.

Außderdem ist bei der Methode die Verbrennungsgeschwindigkeit
des Treibmittels sicher viel zu gering, als daß man 11km/s
erreichen könnte.

Die geringe Explosionsgeschwindigkeit (2,7km/s) ist eigentlich nicht das Problem - im Gegenteil: Je höher die Explosionsgeschwindigkeit ist, um so größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß das Geschoß nicht beschleunigt, sondern pulverisiert wird. Die Stoßfront einer Detonation schiebt Hindernisse schließlich nicht vor sich her, sondern rauscht einfach durch sie hindurch. Deshalb muß die Explosionsgeschwindigkeit von Schießbaumwolle sogar verringert werden, wenn man es als Treibmittel für Geschosse verwenden will.

Damit das Ganze funktinoniert, braucht man einen Treibstoff, der in kurzer Zeit sehr große Gasmengen freisetzt, ohne eine zu starke Stoßwelle zu erzeugen. Erst die expandierenden Gase (und nicht die Druckwelle der Explosion) beschleunigen das Geschoß. Das Problem dabei ist, daß bei der Expansion der Gasdruck und damit die Beschleunigung abnimmt. Dadurch ist die Mündungsgeschwindigkeit natürlich begrenzt. Ein möglicher Ausweg besteht darin, mehrere Sprengladungen über die gesamte Länge des Rohres zu verteilen und jeweils direkt hinter dem Projektil zu zünden. Damit würde man vermutlich auch keine Fluchtgeschwindigkeit erreichen, aber bis in All könnte man damit schon schießen.

#8

Hallo!

Wie von Kubi schon richtig gerechnet, ist die Beschleunigung
höher (220000 m/s2 ich hätte also den Herrschaften
wenigstens die Hälfte erspart, was ihnen aber auch nicht mehr
geholfen hätte) das sind aber, lieber Kubi, trotzdem 22000g…

Das vermutlich höchste an Beschleunigung, was ein Mensch im Selbstversuch überlebt hat, waren 45g. Das waren geheime Versuche der Nasa. Da wurde ein Freiwilliger in ganz kurzer Zeit (ca. 2s) von Null auf 1000km/h und wieder auf Null abgebremst. Im Zeitraffer sah das Gesicht aus, als ob das Fleisch von den Knochen fliegt. Der Typ hat überlebt und war nach 4 Wochen Krankenhaus auch wieder ansprechbar.

Herr Bull (vermutlich vom Mossad erschossen, weil er für Saddam so eine Riesenkanone entwickelt hat, um Israel zu beschiessen), hat Geschosse mit Funksender und 1t Treibladung sowie einer kleinen Raketenstufe bis in den Orbit geschossen. Tests zeigten, dass unbemannte Objekte durchaus mit Raketen auf eine Umlaufbahn befördert werden können. Bis zum Mond ist es aber noch deutlich weiter.

Gruß
Tilo

#9

Wenn man einen Gegenstand
mit mehreren km/s in eine dichte Atmosphäre einschießt,
erzeugt man eine hübsche Sternschnuppe. Wie das selbst bei
sehr dünner Atmosphäre aussieht, konnte man ja am
Columbia-Absturz sehen.

Hallo,

bei näherer Betrachtung muß Jules Verne den von Dir beschriebenen Ausgang des Experiments wohl geahnt haben. Nicht nur daß sein Abschußplatz (Tampa, Florida) ganz in der Nähe des Startplatzes der Space Shuttles liegt. Seherische Qualitäten bewies er so gesehen auch in der Benennung der Kanone: Columbia(de) . . .

Übrigens danke an alle für die interessanten Stellungnahmen!

Gruß

#10

die 2200G sind für ein unbemanntes teil nicht allzu viel: lässt man seine uhr runterfallen, können es auch schon mal 1000G werden (ohne Teppich, aber mit Bodenbelag). Händies halten auch eine ganze menge aus…Artillerie-Geschosse haben ähnliche Beschleunigungen und enthalten ja komplizierte Zündmechanismen.

#11

Hallo Ulf,

Leider ist Kubi aber ein kleiner Irrtum unterlaufen: 220000 m/s2 sind nicht 2200G sonder 22000G.
Ich hab mir da mal eine kleine Rechnung für die Uhr zurechtgelegt:
Das entspricht in etwa der Beschleunigung, die Deine Uhr erfährt, wenn Du sie aus 20m Höhe fallenlässt und sie innerhalb eines Millimeters wieder auf 0 abgebremst wird (Luftwiderstand habe ich mal vernachlässigt).
Ist mir schon klar, dass eine Uhr nicht das Mass aller Dinge ist, aber das ist selbst für ein unbemanntes Teil keine Kleinigkeit mehr.

Beste Grüße,
TheBeast

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#12

Hallo,
Du vergisst bei Deiner Berechnung, daß die Uhr elastisch ist. Das heißt, daß ihr Gehäuse sich verbiegt und dadurch eine zusätzliche Strecke zum Abbremsen entsteht. Dadurch erfährt die Uhr dann eben keine 2200G. Wenn man die Riesenkanone betrachtet, wird die Beschleunigung aber über 200m stattfinden, und wenn hier die Beschleunigung halbiert werden soll, muß also auch die ‚elastische Strecke‘ 200m betragen. Wo soll diese Knautschzone denn herkommen?
Abgesehen vom Rechenfehler 2200G-22000G.

Axel

#13

Uhr abbremsen
das Gehäuseverbiegen ist gegenüber dem Bodenbelag zu vernachlässigen (wenn ein solcher vorhanden ist, wie ich angenommen habe). Innen in stossgesicherten mechanischen Uhren sorgt man dafür, dass sich die drehbaren Teile an die starren Teile anlegen und dabei die Wellen und Lagerzapfen noch nicht brechen. Die starren Teile macht man steif und schwer (schwer damit sich der Bremsweg verlängert weil der Untergrund nachgibt)