¿Cómo determinan las naves espaciales la masa de cada una en el espacio?

Ambientada en un futuro lejano, los viajes espaciales se vuelven prominentes y baratos. Puedo imaginar que cada nave espacial tendría una multitud de sensores para rastrear la distancia y la posición relativa en el espacio. ¿Hay una buena manera de determinar la masa de otra nave espacial además de pedirles especificaciones?

Sé que podemos conocer con precisión la masa de un asteroide usando la ley de gravitación universal de Newton y probablemente también la ley de Kepler, supongo, pero eso es solo para un objeto en órbita en el espacio a diferencia de una nave espacial que generalmente acelera usando su propio motor de propulsión.

Indique el principio de medición y preferiría una solución económica.

Te importa si pregunto . . . ¿Por qué necesitarías saber?
@BinaryWarrier: ¿por qué no? No puedo imaginar que la pantalla muestre la masa de todos los objetos astronómicos, excepto otras naves espaciales...
@BinaryWorrier Si eres un explorador que se encuentra con una nave alienígena que nunca antes has visto, querrás saber todo lo que puedas sobre ella. Si eres un pirata espacial que busca botín, no querrás perder el tiempo capturando un carguero vacío . Si es un agente de la ley, es posible que deba hacer cumplir algunas regulaciones de vuelos espaciales donde la masa de la nave es relevante ("Si desea ingresar a la órbita geoestacionaria alrededor de este planeta con una masa de nave de más de 10000 toneladas, necesita el permiso 87A/65 por triplicado").
Excluye específicamente preguntarles, por lo que no escribiré esto como una respuesta, pero ¿ha considerado un sistema de identificación automática ? Actualmente, todas las aeronaves y embarcaciones por encima de cierto tamaño deben transmitir su identidad y ubicación (y probablemente más). Un sistema similar para su nave espacial también podría incluir la masa actual o nominal de la nave. Esto no funcionaría para naves extraterrestres o no autorizadas, o para asteroides, pero ciertamente lo ayudaría a identificar todos los vehículos respetuosos de la ley.
" Podemos conocer con precisión la masa de un asteroide usando la ley de gravitación universal de Newton ": esto es cierto solo si el asteroide tiene un satélite orbitando a su alrededor. Lo que se puede utilizar es el efecto Yarkovsky , pero con la tecnología actual que requiere un largo periodo de observación.
"¿Por qué no?" La respuesta a esto es probablemente bastante pragmática. La razón por la que no es así es que es increíblemente costoso y engorroso medir la masa de un barco, y cuando se trata de todas las operaciones que te pueden interesar, esa masa no importa. (a menos que planees embestirlos, que es una historia muy diferente).
@CortAmmon: Estoy de acuerdo con usted, es expansivo, sin embargo, creo que aún es necesario porque también debemos considerar la masa al mover la embarcación y cuánto combustible donar lo suficiente para que lleguen a la ayuda más cercana, etc.
@user6760 si necesitan ayuda, deben proporcionar toda la información esencial para garantizar una operación de rescate sin problemas.
@DarthDonut: sí, deberían, pero a veces su comunicación no funciona y solo pueden enviar señales de socorro que funcionan con una fuente de alimentación independiente.
@ user6760 Ese es un caso de esquina interesante. Esperaría que cuando uno esté lo suficientemente cerca para elegir cuánto combustible donar y realmente donarlo, estaría lo suficientemente cerca para identificar la clase de barco en cuestión y su tonelaje máximo.
La misa no significa mucho. Compare la masa de la nave espacial de 2001 (película) con la masa de un casco de GeneralProducts #4. Sin mencionar que la masa de los contenidos no dice mucho sobre cuáles son los contenidos.
¡Puedes obtener su masa, pero nunca obtendrás su velocidad! No, espera...
mover un carguero vacío es una buena manera de perder dinero como empresa de transporte, por lo que los piratas pueden suponer que cualquier carguero que encuentren está cargado con algo

Respuestas (19)

Algunas opciones ordenadas desde "difícil pero se puede hacer en cualquier momento" hasta "fácil, pero requiere una oportunidad".

Medir el efecto de lente gravitacional de la nave.

Cada masa en el universo dobla el espacio a su alrededor. Esto se puede observar porque las estrellas detrás del objeto parecen desplazadas. Así estiman los astrónomos actuales las masas de los objetos astronómicos (planetas, estrellas, galaxias...). Con acceso a instrumentos mucho más precisos, podría ser posible utilizar el mismo principio para masas mucho más pequeñas.

Si puede medir lentes gravitacionales alrededor de una nave espacial de tamaño regular con la tecnología actual , sabrá que está tratando con algo con una densidad muy, muy extrema (nivel de estrella de neutrones)... o con algo que utiliza tecnología de gravedad artificial. . De todos modos, definitivamente es algo basado en tecnología mucho más allá de cualquier cosa que puedas comprender. ¡Proceda con precaución!

Medir el efecto de su gravedad en objetos cercanos

Si sus instrumentos no son lo suficientemente precisos para medir su efecto sobre la luz, es posible que aún pueda medir su efecto sobre las nubes de polvo, los microasteroides, la basura espacial y otros objetos pequeños cuando se acercan mucho a la nave.

Pero, de nuevo, si usan tecnología de gravedad artificial, eso podría arruinar su medición. Compruebe también si los objetos que mide contienen algún material magnético. Si la nave genera un campo magnético por alguna razón (que puede ser un subproducto no intencional de todo tipo de dispositivos), eso también podría afectar a los objetos cercanos.

Medir su escape y la aceleración correspondiente

Me gustaría ampliar el punto 3 de la respuesta de Darth Donut. Si los motores de la nave funcionan de acuerdo con la tercera ley de movimiento de Newton (que es la única forma en que la propulsión espacial puede funcionar de acuerdo con nuestra comprensión actual de la física), la fuerza cinética del escape es exactamente la misma que la fuerza cinética aplicada al barco. Entonces, cuando observa la nave mientras realiza una quema de aceleración, puede observar cuánta masa de escape expulsa por segundo y con qué velocidad. Multiplique los dos y tendrá el empuje del motor. Divide el empuje por la aceleración de la nave que observas y tendrás la masa de la nave.

Mide cómo se comporta cuando es golpeado por otro objeto

¿La nave es demasiado liviana para causar efectos de gravedad observables y no tiene ganas de realizar ninguna maniobra en este momento? Hay otra forma de aplicar las leyes de Newton para examinar su masa. Espera hasta que sea golpeado por un micrometeroide. Mida la masa y la aceleración del metroide y vea cuánto cambia la velocidad de la nave cuando es golpeada. Cuando no hay meteroides alrededor, por supuesto, podrías lanzar una masa conocida con una aceleración conocida a la nave tú mismo. Pero eso podría ser percibido como descortés.

"Pero eso podría ser percibido como descortés". - ¿Podría? Solo puedo imaginar: "¡Señor, el contacto 47855-b nos ha disparado una pequeña bolita de metal! ¡Informando daños menores en el casco!" "¡Malditos, DEVUELVAN EL FUEGO!" :)
"Bueno, supongo que también quieren saber la masa de nuestra nave enviando un objeto, pero ¿por qué hicieron esto con varios misiles?"
¿Cómo se mide la masa del escape? Me imagino que si puedes hacer eso por simple observación, serías capaz de medir la masa del barco en sí.
@NuclearWang El escape debería ser bastante fácil de observar visualmente. Con el barco no sabrás lo que esconde bajo el casco.
Si la nave es muy pequeña, podrías dispararle con un láser y medir la respuesta.
@pswg Eso sería tan probable que se perciba como hostil como una bala.
Interesante. ¿Es mi suposición que la lente gravitatoria ocurriría como si el objeto fuera una esfera, con el centro siendo el centro de gravedad, independientemente de la forma real de la nave?
Mejor aún, combine las técnicas y lance un pequeño acelerómetro a la nave, y mida los efectos gravitatorios de cerca. De esta manera, no tienes que apuntar directamente a ellos.
@Brilliand no es un láser de baja potencia; piense en telémetros infrarrojos, punteros láser de consumo y otros dispositivos similares. Si alguien me apunta con un telémetro de infrarrojos, probablemente no lo percibiré como hostil a menos que piense que están tratando de apuntarme a los ojos o algo así.
@ArcanistLupus, un acelerómetro siempre leerá 0 cuando esté en caída libre (léase: a menos que realmente golpee el costado de la nave).
Un propulsor podría expulsar campos magnéticos cercanos, como el de una estrella cercana. Determinar la masa de "escape" sería fácil en ese caso, pero determinar su aceleración sería una pesadilla.
Además, los propulsores fotónicos (es decir, láseres realmente grandes) significarían que posiblemente no puedas medir nada sobre el escape a menos que estén acelerando directamente lejos de ti. Y los propulsores fotónicos son, con mucho, su mejor opción tan pronto como alguien construya uno. Porque, ya sabes, los fotones son bastante rápidos y tienen un suministro ilimitado.
@Philipp, mi nave espacial usa una unidad sin reacción, por lo que no hay escape.
¿La elasticidad y/o fragilidad del casco del barco no tendrá un efecto significativo en la última medición?
@Barmar La ley de conservación del impulso se aplica independientemente de la elasticidad de la colisión. Por supuesto, deberá tener en cuenta el impulso de cualquier fragmento del metroide que no se absorba por completo (penetrar en la nave o rebotar). Pero si los tiene en cuenta, obtendrá una medición precisa.

Aquí hay algunas ideas que tengo:

1. Busque el tipo de barco:
siempre que este barco que está viendo no esté hecho por una civilización desconocida hasta la fecha, sus bases de datos deberían poder identificar el tipo de barco y mostrarle información básica para eso.

2. Estimar por tamaño:
siempre que pueda medir la distancia, puede medir el tamaño de dicho barco. Ahora, sus ingenieros tendrán una estimación de cuánto espacio ocupa la maquinaria, cuánta masa se usa para el casco, cuánto espacio se necesita para la tripulación, etc. Saben qué materiales se usan comúnmente y, al multiplicar el volumen estimado con una densidad promedio, pueden estimar la masa del barco. No es una estimación precisa, pero sus ingenieros deberían estar bastante cerca del valor exacto.

3. Mida la aceleración y la producción de energía de los motores:
todos los motores que conocemos emiten radiación de alguna forma debido a las pérdidas de conversión. Siempre que pueda medir la aceleración de un barco de este tipo, la radiación de los motores y pueda identificar el tipo de motor, debería poder obtener una buena estimación de cuánta energía se utiliza para impulsar el motor, cuánta fuerza los motores generar y a su vez cuanta masa tiene la nave.

Todo lo que necesita para los métodos anteriores son buenos sensores ópticos y sensores de radiación.

buena respuesta, pero el punto 2 puede ser difícil de aplicar para un buque de carga, ya que su masa también depende de qué tan llenos estén y qué bienes tengan a bordo.
el punto 3 no funcionaría solo en áreas impactadas por la gravedad, ya que una vez que estás en el espacio, ya no necesitas acelerar (al menos si ya estás a toda velocidad)
@Kepotx Me temo que no existe la "velocidad máxima" en el espacio que no sea la velocidad de la luz. Claro, si estás en un rumbo fijo sin necesidad de maniobrar, el punto 3 no funciona. Y para un buque de carga, aún podría obtener los límites superior e inferior de las posibles masas.
Por velocidad máxima, no me refiero a la velocidad máxima permitida por las leyes de la física, sino a la velocidad óptima, ya que cuanto más rápido vas, más tienes que frenar. Además, hacer maniobras consume energía, por lo que debes evitarlo en la medida de lo posible.
Además de los problemas con el punto 2, si observa las vibraciones de la embarcación en general, puede estimar qué tan lleno está y la masa de la carga. Un micrófono láser debería poder hacer esto si sus motores están funcionando.
No estoy convencido de que el punto 3 funcione necesariamente: la proporción de radiación "desperdiciada" a energía útil podría variar enormemente (0,1% de pérdida frente a 0,01% de pérdida significaría que sus cálculos de masa están fuera de un factor de diez). Además, no es un hecho que esto irradie por igual en todas las direcciones, por lo que incluso sería difícil calcular el desperdicio total de una muestra. Probablemente sería más factible simplemente medir la velocidad y el flujo de masa del escape, lo que le da la fuerza de aceleración precisa y, por lo tanto, de manera muy trivial, la masa de la nave.
@Kepotx: para eso, necesitas saber el origen y el destino del barco.
Su primer punto es el más probable, en mi humilde opinión: consulte Wikipedia.
#2 es lo que usamos actualmente para concentrar cosas pequeñas como asteroides. Excepto que no siempre podemos medir el tamaño directamente. A menudo estimamos el tamaño en función del brillo. Es la peor opción para la precisión, pero la más utilizada.
Creo que esto es básicamente lo que hacen los aviones militares modernos. Simple, efectivo, y si le sumas un par de cientos de años de avance en IA, debería ser extremadamente preciso.
@Kepotx "acelerar instantáneamente, deslizar todo el camino, desacelerar instantáneamente" solo es óptimo si desea conservar la mayor cantidad de combustible posible (e incluso entonces eso descarta la utilidad de una maniobra de Oberth). Si desea llegar a algún lugar lo más rápido posible, debe acelerar constantemente durante la mitad del viaje y desacelerar durante la otra mitad. Sin embargo, tenga en cuenta que una vez que sea lo suficientemente rápido, el CMBR frente a usted se desplazará hacia el azul nuevamente al rango gamma, y ​​el átomo de hidrógeno ocasional se volverá problemático incluso antes, y mucho menos las rocas perdidas.
@JohnDvorak Sí, pero si estamos hablando de viajes dentro del sistema, CMBR probablemente no sea un gran problema, a menos que sea una emergencia, probablemente aceleraría a 1g o menos para mantener una comodidad razonable para el piloto y doblemente para cualquier pasajeros Aparte de eso, definitivamente la mejor manera de moverse por el espacio sin FTL tan pronto como tenga una antorcha.
@AndrzejDoyle En realidad, es incluso más simple que eso: no mire los motores, mire el escape. Puede comparar el tamaño y la temperatura de los gases de escape con la aceleración que observa y obtener una lectura muy precisa de la masa del barco, especialmente si tiene un libro de configuraciones conocidas de motores, etc. (como los barcos de la Segunda Guerra Mundial para identificar barcos enemigos; pero a diferencia de esos, no puedes falsificar tu escape en el espacio: la diferencia entre un mercante y un buque de guerra siempre será obvia, especialmente si confías en una armadura en lugar de algunos escudos mágicos para protegerte).
@AndrzejDoyle Pero incluso su argumento de eficiencia variable tiene un gran problema: el rango de eficiencia simplemente no será tan amplio. Puede obtener una idea sobre el tipo de motor que utiliza la nave objetivo y obtener un rango de eficiencia razonablemente reducido. Incluso 20%-80% es mucho más preciso que su cifra poco realista de 0,1%-0,01%; en realidad, la variación probablemente será mucho menor, especialmente si la nave objetivo no es un alienígena enigmático o una cañonera sigilosa de alto rendimiento recién salida de los tableros de dibujo.
@Luaan, esto no funcionará si usa un escape invisible, como fotones o los buenos neutrinos estériles. Y los fotones en particular son un gran escape porque son increíblemente rápidos.
@JohnDvorak Ciertamente. Aunque debe tenerse en cuenta que los fotones son excelentes para la eficiencia del combustible, pero no para el empuje: necesita mucha potencia para una cantidad minúscula de empuje. La única forma de usar láseres para una propulsión espacial eficiente sería con una fuente de energía externa, por ejemplo, conjuntos de rayos. De lo contrario, es mejor que arrojes masa de tu nave rápidamente, y también es mucho más barato. Pero de todos modos, no es como si pudieras tener los sensores mágicos que tienen la mayoría de las naves de ciencia ficción suaves; solo necesita algo que funcione para las situaciones en las que es probable que se encuentre.

El vacío del espacio actúa como un dieléctrico.

Si está lo suficientemente cerca, proporcione una carga eléctrica neta a su propio barco. Esto inducirá una carga también en la nave sondeada y desencadenará una atracción electrostática entre los dos.

Mida su velocidad con respecto al fondo y su velocidad con respecto a la nave sondeada.

Ya que conoce la carga involucrada y puede determinar la fuerza resultante ejercida sobre el barco sondeado. La fuerza resultante cambiará tu velocidad y la de la nave sondeada. Conoces tu masa y tu velocidad tanto con respecto al fondo como al barco sondeado, el único parámetro desconocido es la masa del barco sondeado.

¿Y si también están haciendo lo mismo? Podría afectar la medida...
¿Cómo vas a cargar tu nave? ¿Lanzar un kiloculombio de electrones al espacio? ¿Con qué frecuencia puede hacer eso antes de que las personas y las cosas que no están "conectadas a tierra" al barco sufran daños electrostáticos?
@WGroleau Puede mover los electrones a una sección separada de la nave, "almacenarlos", luego liberarlos nuevamente en el resto de la nave cuando haya terminado con sus medidas. Recuerde tener en cuenta el campo de la sección de almacenamiento durante los cálculos.
@Paralyzoid en otras palabras, no use una carga neta, sino un dipolo eléctrico.
Esta es una buena idea, pero de alguna manera tengo la clara sensación de que cuando haces esta medición quiero estar en la otra nave. No tengo idea de por qué.

En áreas civilizadas, te lo dirán automáticamente

Hoy en día, los barcos y las aeronaves tienen sistemas que autoinforman su nombre, tamaño, ubicación exacta, velocidad, destino, etc. Para los barcos, esto es AIS y para las aeronaves es ADS-B . Los sistemas graznan automáticamente su información a intervalos regulares, por lo que tan pronto como esté en el rango de recepción, sabrá cuál es la imagen del contacto.

A menudo es requerido por las autoridades pertinentes, ya que mejora significativamente la seguridad cuando todos saben dónde están los demás.

De lo contrario, IR dará una buena suposición

Todas las embarcaciones tendrán una fuente de energía. Esta fuente de energía tendrá calor residual, que se irradiará desde el recipiente de manera uniforme. (A menos que el propietario bombee aire/líquidos para alterar deliberadamente la transferencia de calor). Este calor residual estará sujeto a pérdidas de uno sobre r cuadrado. Si puede determinar un rango, puede determinar cuánto habrá disminuido esta radiación de cuerpo negro y puede obtener una estimación del tamaño de la fuente de energía.

La potencia va a estar fuertemente relacionada con el tamaño y la aceleración de la embarcación. La ecuación exacta probablemente será compleja, ¡pero afortunadamente el universo está lleno de recipientes que le brindan datos empíricos!

IR no funcionará sin información adicional sobre la clase y función de la embarcación. Un carguero pequeño y un barco de mensajería pueden tener el mismo tamaño, pero a diferencia del carguero, el barco de mensajería tendrá una planta de energía y motores más grandes para una mejor aceleración.
@DarthDonut, pero estamos observando la aceleración actual del objetivo. La capacidad de la planta no importa, solo la producción actual en comparación con la aceleración actual. La información de "clase" es útil para comprender la eficiencia de la planta para refinar nuestra estimación, pero no es necesaria.
"A menos que el propietario bombee aire/líquidos para alterar deliberadamente la transferencia de calor". -- Las naves espaciales tripuladas más grandes que una simple cápsula tienen radiadores activos, desde los días de Skylab/Mir, a través de la era del transbordador (las puertas de la bahía de carga del transbordador también eran sus radiadores) a través de la ISS y las estaciones chinas, e incluso la última cápsula tripulada, la tripulación Dragón, tiene radiadores. Las naves interplanetarias definitivamente bombearán fluidos para alterar la transferencia de calor, ya sea que lo hagan para enmascarar intencionalmente su firma térmica o no.
@Ghedipunk Esto en realidad hace las cosas más fáciles, no más difíciles. También separará el calor de la planta de energía y los motores de todo el resto del calor residual (no querrás mezclar el calor de soporte vital con el calor del motor). Incluso si el barco está inactivo, el tamaño de los radiadores le dará una buena idea sobre el tipo de calor que el barco está diseñado para liberar bajo carga, lo que se correlacionará bastante bien con el perfil del barco para darle una idea decente sobre el masa a menos que alguien diseñe deliberadamente la nave para que sea incómoda (por ejemplo, piratas espaciales, Q-boats, naves espía...).

Muografía.

https://en.wikipedia.org/wiki/Muografía

La muografía es una técnica de formación de imágenes que produce una imagen de proyección de un volumen objetivo mediante el registro de partículas elementales, llamadas muones, ya sea electrónica o químicamente con materiales que son sensibles a partículas cargadas, como las emulsiones nucleares. Los rayos cósmicos del espacio exterior generan muones en la atmósfera terrestre como resultado de reacciones nucleares entre los rayos cósmicos primarios y los núcleos atmosféricos. Son altamente penetrantes y millones de muones pasan a través de nuestro cuerpo todos los días.

Los muones atraviesan un objeto sólido según la masa del objeto, los objetos más densos detienen a los muones más que los objetos menos densos. Uno puede usar muones ambientales para producir imágenes. Así se fotografió el interior de un volcán. La NASA tiene una propuesta para usar muones ambientales para obtener imágenes del interior de los asteroides en el espacio. https://www.nasa.gov/content/deep-mapping-of-small-solar-system-bodies-with-galactic-cosmic-ray-secondary-particle-1asteroide

La muografía se ha utilizado para caracterizar objetos muy densos. Si lo está investigando, lea este documento completo donde caracterizaron objetos antiguos de sitios de desechos nucleares. https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rsta.2018.0048 . ¡Muchas imágenes de cosas con cosas adentro! Aquí hay una imagen de un crisol contaminado encerrado en vidrio, menos el vidrio y luego menos el crisol, con solo los contaminantes radiactivos.

imágenes muográficas de un elemento de desecho radiactivo

Muography puede permitirle obtener imágenes de un barco de forma pasiva, sin que sepa que está siendo fotografiado. Eso podría tener sus usos.

La muografía de retrodispersión es una ciencia ficción del futuro cercano: la idea sería tener su propia fuente de muones, como su propia fuente de luz, y generar una imagen activa de algo disparando muones y luego capturando los que se reflejan. Así como las cosas ligeras reflejan más la luz visible, los materiales densos reflejarán más los muones, y así como uno caracteriza la densidad de forma pasiva capturando muones salvajes que atraviesan el lado más alejado del objeto que se dirige hacia usted, puede obtener una imagen activa rociando sus muones artificiales en el objeto y la caracterización se dispersan hacia usted.

Un concepto muy interesante. Excepto que mi comprensión de los muones es que necesitan una atmósfera para poder crearse. No están presentes en el espacio profundo en grandes cantidades. Sospecho que este método funcionaría cerca de un sistema solar con un buen suministro de muones.
Sin embargo, el uso de los propios rayos cósmicos podría ser útil.
@JustinThyme: en realidad, en un sistema solar habría mucha radiación energética dura. Además de partículas como muones o rayos cósmicos, también puede usar la absorción de EMR de longitud de onda corta como rayos gamma y rayos X para medir la densidad de un objeto.
@ Willk Todas las posibilidades distintas, y dado que la suposición sería que la única vez que entraría en contacto con otra nave espacial sería dentro de un sistema, estas opciones son creíbles.
Buena idea, no había oído hablar de esto, pero pensé que ya estábamos haciendo algo similar. Me gusta la idea de que la radiación de fondo podría ser una estática casi gris que rodea tu nave y la otra nave sería una mancha gris más oscura. Cuanto más oscura es la mancha, más pesado es el barco.

Sondear indirectamente

Lanza una pequeña sonda de masa conocida con precisión para que pase a una distancia conocida de la nave. La sonda podría ser tan opaca e indetectable como podría ser. En un momento predeterminado, la sonda dispara una señal láser de baja potencia a la nave nodriza, lo que permite determinar con precisión su posición. A partir de ahí, puede calcular la desviación de la trayectoria causada por la masa gravitacional de la nave desconocida.

Sondear (casi) directamente

Envíe dos sondas a diferentes distancias de la nave desconocida, dependiendo de cuán sensibles sean sus sensores gravitacionales. Mida la aceleración en ambas sondas. Estos serán causados ​​por todas las masas cercanas (incluida la nave nodriza), pero al usar dos sondas, el residuo que tiene una dependencia cuadrática de la distancia de la nave desconocida una vez que se descartan las otras masas dará la masa de la nave desconocida.

Por ejemplo, si todas las demás masas están lo suficientemente lejos, la distancia entre ellas y las sondas P y Q puede tomarse como constante, por lo que el diferencial será cero. La aceleración en la sonda P vendrá dada por G(M/a^2 - X/(b+d)^2) mientras que en la sonda Q por G(M/(a+d)^2 - X/b^ 2), siendo M y X las masas de la nave nodriza y la desconocida, a y b las distancias de la primera sonda a la nodriza M y la desconocida, y d la distancia entre las sondas:

     M            P         Q                                        X
     |--- a ------|--- d ---|--------------------- b ----------------|

Suponiendo que b, especialmente, se conoce con suficiente precisión (¿distancia de láser en fase, tal vez?) Y hay disponibles gravímetros (no acelerómetros, gracias @wizzwizz) de suficiente precisión, las dos sondas podrían incluso montarse en una "antena" fija (es no es necesario que M, P, Q y X estén alineados en una línea, pero esto simplifica las cosas).

Los acelerómetros no sentirían aceleración gravitacional, porque todos ellos están siendo acelerados a la vez.
@ wizzwizz4 tienes razón, por supuesto. respuesta fija

Diríjalo con un láser y mida el cambio (extremadamente leve) en el impulso .

Varios años después, en 1922, el físico Arthur Compton realizó un experimento que condujo al descubrimiento del efecto Compton. Demostrando que Einstein tenía razón, Compton demostró que los fotones tienen un momento que es transferible a los materiales que tienen una masa. Compton recibió el Premio Noble de Física de 1927 por demostrar que los fotones pueden transferir su impulso a los electrones con los que chocan dentro de un átomo.

Estoy, por supuesto, asumiendo que para cuando haya suficientes naves espaciales por ahí que uno deba preocuparse por determinar su masa, tendremos la tecnología para ser capaces de detectar cambios muy pequeños en el impulso que un rayo láser impartiría en un barco. Sí, soy consciente de que sería más fácil detectar el cambio en el impulso causado por una pulga que choca contra un superjumbo jet, pero bueno, aquí estamos hablando del futuro.

Parece que las personas que se mueven dentro de la nave espacial podrían tener un efecto mayor que el láser, lo que dificulta extraer la señal del ruido.
@prl Seguramente requeriría muchas iteraciones para clasificar el ruido de la señal ... Pero aparentemente los servicios de inteligencia pudieron detectar lo que había en los viejos monitores CRT al detectar los diferentes niveles de luz en una habitación, y el haz se movió a través del La pantalla y los teléfonos satelitales pueden filtrar todas las señales MENOS la única señal del único teléfono en una gran parte del mundo, a través de todo el ruido electromagnético. ¿Transformadas de Fourier, tal vez?
Quizás el láser podría utilizarse simultáneamente para medir distancias mediante interferometría. Y si apuntas con cuidado y desfocas el rayo para golpear un área de metal lo suficientemente grande, podría ser un láser bastante fuerte para que el efecto sea más pronunciado.

mapa de gravedad de la tierra

El equipo que puede estudiar el potencial gravitacional del orden de los microgalones es bastante común hoy en día en la industria geológica y en el mundo académico, conocido como gravimetría .

Las máquinas utilizadas como instrumentación, los gravímetros , son bastante interesantes, pero en última instancia pueden derivar densidades midiendo directamente las diferentes aceleraciones gravitatorias en muchos puntos. Estos incluso se han utilizado para sondear objetos no geológicos hechos a escala por el hombre, por ejemplo, cuando los científicos franceses inspeccionaron la pirámide de Keops en busca de cámaras desconocidas.

Un gravímetro de tecnología avanzada (quizás usando una matriz de nano gravímetros de chips atómicos) combinado con un buen mapa gravimétrico del área de navegación debería permitir la medición de la masa de un cuerpo anómalo. Con suficiente resolución, incluso podría mapear la distribución de densidad del recipiente y rastrear las masas que se mueven en el interior.

Escanéalos. Dispare una gran ráfaga de neutrinos hacia ellos y mida cuánto se refleja. En general, cuanto más masivo es un objeto, más señal de retorno obtendrá. Funciona bien para un orden de magnitud estimado.

A diferencia de otras respuestas, esto probablemente no se reconocerá como un acto de violencia, no perturba su trayectoria y le brinda una respuesta cercana a la velocidad de la luz.

Editar: en realidad, no soy físico, pero creo que no recuperarás los neutrinos, es posible que obtengas electrones, pero no tengo el conocimiento suficiente para decirlo con seguridad.

¿De dónde vas a obtener el gran estallido de neutrinos? Los reactores nucleares y los aceleradores de partículas ordinarios no generan lo suficiente para ser utilizables, y encender a alguien con un flash nuclear podría confundirse con un acto hostil.
@Mark - bien, bien. JDrumm puede usar muones. El escaneo de muones se usa actualmente para medir la masa de objetos grandes como pirámides y montañas. Hacer ping a un barco con partículas absorbidas de forma incompleta es una buena manera de estimar la masa.
@Willk Nunca había oído hablar de eso antes. Parece ser interesante. ¿Tal vez le gustaría publicar una respuesta propia?
@Mark "Oye, somos Starship Enterprise. No dispares; solo vamos a detonar una supernova cerca de ti para medir tu masa"

Un enfoque pasivo paciente podría funcionar. Observe el tamaño y la estructura aparentes del barco (ángulo visual) en relación con su barco. Use un buscador de rango de distancia óptico. Integre la cantidad de rayos cósmicos naturalmente presentes que pasan a través de la otra nave en su nave para estimar pasivamente la densidad: el observatorio de cubos de hielo utiliza métodos similares y funciona para naves espaciales de casi el grosor de la Tierra. Obtenga una estimación del área de superficie de las otras naves y los lados ocultos por capacitancia (solo mida la capacitancia de su propia nave, la desviación del valor típico del espacio profundo en solitario indica la capacitancia paralela de la nave cercana). Calcule la relación de superficie a volumen y agregue la estimación de densidad del resultado de rayos cósmicos para obtener una estimación de masa que mejora con más integraciones de rayos cósmicos.

Dispárales con un potente láser y observa cuánto cambia el impulso de su nave.

No mencionaste nada sobre dejar la nave intacta.

Suena bien hasta que descubres que tienen un láser más potente.
@prl "Si debes hacer swing primero, hazlo con fuerza... y conéctate".
Quieres decir "... y ver cuánto cambia el impulso de la nube de gas anteriormente conocida como su nave" ;-). "¡Señor, era un barco muy interesante! ¡Su masa era extraordinaria! Tal vez deberíamos haber..." "No sirve de nada llorar sobre la leche derramada, teniente".

No dijiste cuánto tiempo te tomaría calcular la masa de la otra nave. Si no tiene prisa y solo está usted y el otro barco sin otros barcos o masas cerca, y (idealmente) ninguno de los dos está acelerando, entonces puede simplemente tomar medidas periódicas de la distancia entre su barco y el de ellos. Dos medidas de distancia tomadas juntas pueden indicarle su velocidad actual. Luego, a intervalos más largos, tome más medidas y determine cuánto difiere su distancia de las expectativas. La diferencia debería deberse principalmente a la atracción gravitacional entre los barcos.

Tenga en cuenta que este método funciona mejor si el otro barco está estacionario en relación con usted, no está muy lejos y permanece así durante algunas semanas, tal vez menos, dependiendo de la precisión con la que pueda medir la distancia entre su barco y el de ellos usando el radar. o algún otro mecanismo. Esta situación sucedió en "2001: Una odisea del espacio" donde durante el viaje a Júpiter había dos naves cerca una de la otra y tuvieron que hacer correcciones menores de rumbo durante el viaje debido a su atracción gravitatoria mutua.

Campo gravitacional , casi exactamente como estamos midiendo el campo EM actualmente. LIGO demostró que se puede hacer para objetos grandes en 2017 cuando dos agujeros negros chocaron y generaron ondas gravitacionales.

La nave estelar en el futuro debería estar en la escala de un millón de billones de toneladas y moverse al menos al 10-20% de la velocidad de la luz, esto generaría una cantidad considerable de ondas gravitacionales si se movieran 'cerca' (por cerca me refiero a una algunos miles de kilómetros). Diablos, podemos medir las ondas gravitacionales emitidas por los agujeros negros a años luz de distancia ahora, absolutamente podemos hacer eso para objetos más pequeños dentro de unos pocos miles de kilómetros en 200-300 años, especialmente si ese objeto se mueve cerca de la velocidad de la luz, ya que genera ondas más identificables. .

Estoy bastante seguro de que podemos calcular las dimensiones exactas de la versión similar a LIGO necesaria para hacer esto, pero sería terriblemente difícil para personas como nosotros. Tengo una sólida formación en ingeniería eléctrica y todavía no puedo comprender la mayor parte.

No creo que obtengas mucho en el camino de las olas. LIGO detectó las perturbaciones causadas por las singularidades co-rotantes, que producirían ondas. Una nave estelar cercana tendría un pozo gravitacional estable, no ondas gravitacionales.

Asumiendo que no hay tecnología mágica para proporcionar la respuesta, y que estaba escribiendo una historia de ciencia ficción dura donde este conocimiento era importante, entonces... como se ha dicho anteriormente '¡Newton es tu papá!'

En este caso funcionaría el mismo método que se utiliza para medir las masas de todos los planetas de nuestro sistema solar. Para resumir mi interpretación de la técnica original es iterar a través de los valores de masa asumidos y calcular los caminos seguidos por los planetas en sus órbitas para predecir dónde estará el planeta en el futuro. Al comparar las trayectorias reales con las trayectorias predichas, se puede mejorar el error en la estimación aproximada de las masas planetarias.

Tengo entendido que así es como los primeros astrónomos llegaron a los valores de las masas planetarias, y también creo que hay ligeras oscilaciones en las órbitas planetarias que nuestras conjeturas no pueden modelar; lo que sugiere que hay más masas para tener en cuenta en nuestras ecuaciones. Pero nuestros modelos son lo suficientemente buenos para lanzar sondas espaciales más allá de Plutón, por lo que son lo suficientemente buenos por ahora.

Para naves espaciales, la idea sería similar. La nave espacial A quiere viajar a lo largo de un camino específico en 4D (x, y, z, t). Conoce su propia masa con mucha precisión. Y puede medir la distancia a cualquier objeto que pueda ver a través de lidar, radar, medios ópticos, etc. La nave espacial calcula el vector de empuje para moverlo a lo largo de la ruta, cualquier error en la ruta real representa masas no identificadas o inexactitudes en estimaciones de masa. Iterando sobre los cálculos hasta que los errores en la navegación lleguen a cero, o casi a cero, entonces sabrás la masa de todo lo que te rodea.

Del mismo modo, si el vector requerido para mantener un barco en movimiento a lo largo de una ruta específica cambia repentinamente o cambia lentamente, eso indicaría que algo se está moviendo cerca o lejos de su barco. Esto proporcionaría un medio para detectar barcos ocultos.

Las matemáticas para este tipo de cosas son muy comunes en aplicaciones científicas, sistemas de radar, sistemas de sonda y tecnología de telefonía celular, aunque no para calcular errores en masa, sino para determinar parámetros que afectan la transmisión, recepción o interpretación de datos.

Y dado que las fuerzas gravitacionales están limitadas por límites relativistas, existe un límite práctico para el rango en el que los objetos pueden detectarse y 'medirse'.

Cógelos con un rayo tractor (o un cable con un imán en su extremo si te inclinas por la baja tecnología y su casco es magnético) e intenta tirar de él.

Siempre que tenga alguna forma de referencia espacial precisa (lanzar varios drones pequeños en al menos 3 direcciones debería ser suficiente como solución de baja tecnología), y conocer su propia masa y potencia de sus motores, debería poder calcular la inercia de la masa adicional que necesita . estás tratando de moverte.

No se puede medir directamente a distancia con la tecnología actual.

Sin embargo, la tecnología en un momento dado está bastante bien limitada. Por ejemplo, si está construyendo acorazados, conocer las dimensiones del acorazado le dará una buena idea de la masa. El espacio permite un aumento extremo de las imágenes, por lo que es razonable obtener una masa aproximada a una distancia de varias UA.

Otro factor es la relación potencia/masa. Esto afectará la aceleración y posiblemente también el armamento. Un destructor tiene una relación potencia/peso mucho mayor que un acorazado. Armadura más delgada, armas más pequeñas. Los destructores recorren círculos alrededor de flotas y convoyes para interceptar submarinos.

En el espacio también se observa el calor residual. El volumen de un barco aumenta con el cubo de las dimensiones lineales, mientras que el área de la superficie aumenta solo con el cuadrado. Un barco grande tiene un problema mayor para deshacerse del calor residual. Sus radiadores funcionarán a temperaturas más altas.

También monitorearía las comunicaciones. Difícil. Es probable que los canales de comunicación tengan un haz estrecho.

Todos estos están sujetos a una cierta cantidad de suplantación de identidad:

  • Un barco pequeño puede inflar un globo metálico grande y parecer mucho más grande.
  • Se puede pensar que un barco pequeño, al maniobrar a una aceleración muy por debajo de la máxima, es más grande.
  • Un barco pequeño, al dirigir su calor de enfriamiento hacia usted, puede parecer que está eliminando más calor, la firma de un barco más grande.
  • Un barco grande, al alejar el calor residual de usted, parece más pequeño
  • Un barco grande, si tiene la forma de un disco o un ladrillo, puede mantener una orientación de borde o extremo y parecer más pequeño.
  • Un barco grande, con el contorno de un barco pequeño en blanco y el resto del barco en negro, puede clasificarse como un barco pequeño a larga distancia. Por supuesto, el negro no ayuda con el problema de la eliminación del calor.

Detectores: Visual le brinda la mayor cantidad de información sobre los detalles. El infrarrojo lejano le brinda más información sobre la temperatura de la piel y, por lo tanto, el uso de energía. La técnica de contorno anterior no engañaría a un escaneo IR.

Tener exploradores repartidos por todo el espacio de interés hace que el engaño sea más difícil. Un pequeño detector, disfrazado o parte de un asteroide, sería casi imposible de detectar. Si el espacio también tuviera varias naves iluminadoras de radar, los exploradores pasivos obtendrían distancias de radar: obtienes tanto el reflejo del radar del enemigo como la señal de tiempo de la nave del radar. Eso y la geometría te dan una solución de la distancia.

Tenga en cuenta que tan pronto como cambie de tecnología, todo esto se va por la ventana. Por ejemplo, en la actualidad, una de las formas en que mediríamos es la cantidad de escape del cohete y la aceleración resultante. Reemplace eso con unidades de iones, y es posible que ni siquiera veamos el escape.

Análogos:

Los submarinos se identifican por sus firmas sonoras. Y se utilizan algunas de las mismas formas de engaño, pretendiendo ser algo que no son. (Normalmente, sin embargo, el objetivo de un sumiso es pasar desapercibido.

El radar puede determinar la diferencia entre un Cessna y un Boeing por la fuerza de la reflexión, así como por la forma en que maniobra. Agregar un reflector de esquina aumenta sustancialmente el retorno del radar, lo que hace que el Cessna parezca más grande. Los revestimientos furtivos de los cazas hacen que el retorno del radar sea cada vez más pequeño.

En los días de navegación a vela, un barco de línea se podía ver más lejos: mástiles más altos. De cerca, podrías mirar el aparejo y hacerte una buena idea del tamaño del barco. Contar cubiertas de armas era otra forma.

Las incertidumbres se suman a la diversión en su universo. Permite posibles ruses des guerre

Hace menos de cien años, no teníamos ninguna aplicación para las ondas electromagnéticas, ni sabíamos cómo detectarlas. Ahora podemos detectar ondas gravitacionales (bueno, solo las fuertes). En el futuro, es posible que tengamos tecnología sensible miniaturizada para medir la perturbación en el espacio-tiempo. Quién sabe, tal vez podamos sentir la masa de la nave midiendo la turbulencia que provoca en el espacio-tiempo.

quién sabe, tal vez alguien en algún lugar de alguna manera inventa unidades de agujeros negros gemelos... entonces necesitaremos su ayuda.
De hecho, empezamos a usar ondas electromagnéticas desde el mismo momento en que aprendimos a hacer fuego, que es un emisor de ondas electromagnéticas.
Esta ( handwavium waves) es la única respuesta verdadera.

Tarde a la fiesta, pero...

Medir el efecto de marea de su pozo gravitacional.

Usando una red de dispositivos de medición de fuerza extremadamente precisos (dirección y magnitud), podría obtener un mapa de la topografía gravitacional local. Reste la línea de base de su barco para eliminar su propio campo gravitatorio de los datos y obtendrá un efecto de marea muy pequeño en una línea que apunta al barco objetivo. Los detectores del lado más cercano al objetivo intentarán acelerar hacia él más rápido que los detectores del otro lado de la nave en una pequeña cantidad que se puede usar para calcular la masa del objetivo.

Por supuesto, estamos hablando de medir valores excepcionalmente pequeños, del orden de 67 nano Newtons de fuerza de marea en 500 m con una masa objetivo de 1 gigatonelada. Será mejor que evite que su tripulación respire demasiado mientras se mide todo esto.

El método de Newton

Tenga una gran variedad de rodamientos de bolas móviles altamente sensibles (tipos similares de bultos de materia), quizás montados en resortes calibrados con precisión o algo así, suspendidos en el vacío.

Los cojinetes de bolas serán atraídos hacia el objeto objetivo con una fuerza proporcional a su masa, que se puede calcular por cuánto se mueven los cojinetes de bolas.

Por supuesto, deberá tener en cuenta todos los objetos en el área, incluido su propio barco y las personas y los objetos que se encuentran en él (incluidos los otros cojinetes de bolas y resortes), razón por la cual necesita una gran variedad de sensores: cada uno se moverá en una cantidad diferente dependiendo de su distancia de cada objeto, lo que permite que una IA use el movimiento de cada cojinete de bolas para aislar el objeto.

El algoritmo para hacer eso se deja como ejercicio para el lector :-p

Calcular el efecto actual de su propio barco en comparación con el de un barco distante no es práctico. La tecnología actual no nos permite hacer esto con un planeta, y mucho menos con algo tan pequeño como una nave.
¿Cómo determinan las naves espaciales la masa de cada una en el espacio?
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