UN BREVE RESUMEN (Visite los TOUGH SF & ATOMIC ROCKETsitios web para obtener más información sobre la guerra espacial realista).

Dado que ambas naves son capaces de realizar maniobras orbitales, la primera prioridad sería "observar" a la nave enemiga. Esto podría hacerse desde la superficie de la Tierra mediante estaciones terrestres o incluso barcos y aeronaves, pero mucho dependería de si ambas partes han logrado o no establecer redes de seguimiento en todo el mundo.

La otra alternativa y más convencional sería desde 'arriba', es decir, a través de una cadena de satélites de vigilancia colocados en órbitas terrestres altas donde pueden monitorear y rastrear los cambios orbitales de la nave hostil. Dado que las unidades VASIMR están calientes, las maniobras de 'quemado' serán obvias. Los satélites pueden simplemente transmitir datos de objetivos a su barco en tiempo real.

El problema es, por supuesto, que ahora tienes múltiples objetivos potenciales con los que lidiar, es decir, tanto la nave enemiga como sus satélites. Dado que su nave está en órbita y tiene un reactor nuclear a bordo para alimentar la unidad VASIMR, debería tener la energía excedente necesaria para hacer funcionar un arma láser para destruir/paralizar/cegar satélites y no hay atmósfera que distorsione el haz. Pero aun así, solo puedes golpear a los que están por encima del 'horizonte' de la nave, es decir, que no están ocultos por la circunferencia de la Tierra. Esta es la parte 'rápida' de la guerra. Identificación rápida de objetivos y destrucción rápida. Luego viene el bit 'lento'.

El enemigo, por supuesto, puede hacer lo mismo, pero mientras aún tenga datos de seguimiento en tiempo real, puede lanzar vehículos asesinos. Estos serían cohetes químicos (con un alto empuje a la masa) que son básicamente sensores con una pequeña carga de fragmentación y un paquete de metralla adjunto. Suponiendo que tiene un bloqueo bueno/aproximado en el objetivo, dispara una 'extensión' de cohetes 'hacia arriba', es decir, en órdenes más altos tangencialmente desde su propia órbita. A medida que van más alto, pueden ver más allá del horizonte y, al mismo tiempo, viajar más cerca de la parte del hemisferio opuesto donde se encuentra o se ubicó por última vez la nave enemiga.

Eventualmente, un par (posiblemente más) de sus cohetes detectarán la nave enemiga y, dependiendo del rumbo y los cambios de altitud que haya realizado, es de esperar que esté en posición para ajustar el rumbo e interceptarlo. Nota: Ha lanzado muchos cohetes pequeños, no algunos grandes. Pero ESTO TODAVÍA LLEVARÁ HORAS. Durante este tiempo, tiene la oportunidad de enviar correcciones de rumbo a sus misiles (suponiendo que aún obtenga datos de seguimiento) y comenzar maniobras evasivas usted mismo.

El enemigo detectará algunos, si no todos, de tus vehículos asesinos cuando se acerquen al horizonte e intentarán noquearlos con su láser. Lo fácil que es depende de cuánto más esté pasando. Sin embargo, puede ocultarlos (un poco) utilizando materiales absorbentes de radar y enfriamiento criogénico, pero no por mucho tiempo. Ahora también hay mucha basura volando en todo tipo de trayectorias extrañas gracias a la explosión de satélites, por lo que eso podría ayudar.

A medida que se acercan al objetivo (que está más o menos agachándose y zigzagueando, es decir, encendiendo su motor para cambiar la trayectoria orbital y la altitud), los vehículos muertos supervivientes estimarán los 'conos' de intercepción. Estos son puntos en el espacio donde al enemigo se le puede dar su velocidad y la habilidad de maniobrar. (El vehículo asesino es la 'punta' del cono. La distancia máxima a la que es probable que la nave enemiga esté lejos del misil forma la base). Independientemente de los vehículos asesinos, detonan sus ojivas cargadas y envían nubes de blindaje denso y de alta velocidad. empujando metralla hacia el espacio donde predicen que estará la nave en el momento del impacto. Muchos fallarán, pero algunos acertarán. Es importante destacar que incluso si partes de la nave están blindadas, cosas como el sistema de refrigeración y otros sistemas vitales no pueden serlo.

La nave enemiga está dañada/paralizada si no se destruye por completo y ya no puede funcionar. Dado que solo se pueden realizar las reparaciones más simples en el espacio, es casi seguro que la nave tendrá que ser abandonada por los miembros de la tripulación que sobrevivan. Poco tiempo después, tu nave también es destruida por los vehículos asesinos del enemigo y la guerra termina. Un montón de 'basura' increíblemente costosa comienza a caer de los cielos a la Tierra, incluidos satélites que no tienen nada que ver con la guerra. (Sus dueños están enojados).

Hay algunas opciones que se me ocurren:

La velocidad orbital es de unos 10 km/s. El mundo tiene unos 40.000 km de circunferencia. La ISS lo orbita todo en unos 92 minutos.

Entonces, una opción sería lanzar una parabólica alta EN CONTRA de su dirección de movimiento. El misil no tiene velocidad orbital, pero lo compensaste con más altitud. La ojiva cae casi directamente sobre el objetivo 46 minutos después. Esto funcionaría muy bien para altitudes muy bajas.

Otra opción sería bajar. Todavía ardiendo en contra de tu dirección de órbita, pero tratando de entrar en una contra-órbita. Necesitaría una quemadura continua de aproximadamente 2 ge (si estoy haciendo bien los cálculos) y alcanzaría su objetivo en aproximadamente 23 minutos. Probablemente podría reducir el tiempo unos minutos más yendo a más de 10 km/s en el otro extremo (trayectoria hiperbólica hacia el objetivo).

Una tercera opción sería ponerse a la defensiva: tal vez sepa que la otra nave probablemente también recibió la orden de atacarlo, o tal vez solo sea una buena doctrina: aumente la inclinación de su nave para entrar en una órbita casi polar; estropeando la solución de disparo en las dos primeras sugerencias. Espera hasta que tu enemigo aparezca a la vista y dispara directamente.

Respuesta corta: no pelearían. Están en el lugar equivocado y no pueden llegar al lugar correcto lo suficientemente rápido como para ser útiles.

Respuesta más larga:

Si están aproximadamente en la misma órbita, que la órbita es circular, y en lados opuestos del planeta, lo que es casi seguro que no harán es disparar misiles de inmediato. Si sus órbitas son lo suficientemente diferentes (digamos, una está en una órbita polar y la otra en una órbita ecuatorial ), es posible que ni siquiera sea posible golpear a su oponente con un misil sin hacer primero algunas maniobras sustanciales.

Como ha observado, simplemente disparar un misil no necesariamente tendrá el efecto que la gente podría esperar. Dispararlo progrado (en la dirección del viaje de la nave) aumentará el apogeo de la órbita del misil (el punto más alto) Las órbitas altas tienen velocidades orbitales más bajas , lo que significa que el misil parecerá dispararse lejos de ti, elevarse desde el planeta y luego desaparecer detrás de ti.

Dispararlo retrógrado (en contra de la dirección de viaje de la nave) bajará el perigeo (punto más bajo) de la órbita del misil. Las órbitas más bajas tienen velocidades orbitales más altas , lo que significa que el misil caerá detrás de ti, caerá hacia el planeta y luego te alcanzará.

Si dispara un misil a retrógrado y tiene suficiente delta-V para inyectarse en una órbita retrógrada (por lo tanto, el mismo perigeo y apogeo pero una inclinación de 180 grados con respecto a la nave), entonces se alejaría muy rápidamente de la nave que dispara. y acérquese rápidamente al objetivo. Desafortunadamente, las velocidades orbitales tienden a ser muy altas... 7,6 km/s para la ISS, lo que significa que necesitarías un cohete con 15,2 km/s delta-V para disparar hacia atrás. Realmente no puede usar un impulsor de iones o vasimr para hacer esto porque sus empujes tienden a ser demasiado bajos (por lo que el misil chocaría contra la atmósfera antes de volver a la velocidad orbital), y no puede usar un cohete químico hacer esto porque su impulso específicoes demasiado bajo y necesitarías un misil del tamaño de Saturno V para almacenar suficiente combustible.

Ahora, la nave que dispara podría cambiar su órbita... podría descender a una órbita rápida con el objetivo de alcanzar a su oponente, o podría elevarse a una órbita más alta para que su oponente la alcance . Al mismo tiempo, su oponente hará exactamente el mismo tipo de cosas, y las probabilidades son buenas de que ambas naves sean observadas por las estaciones terrestres y los satélites de observación de su oponente, por lo que intentarán competir por la posición.

Eventualmente, querrían poder acercarse lo suficiente a sus oponentes para poder disparar un misil que tuviera suficiente delta-V para interceptarlos. Esto podría tomar algún tiempo... el período sinódico de dos objetos con períodos orbitales$P_1$y$P_2$es$1 \over {1/P_1 - 1/P_2}$. Algo así como la ISS tiene un período de unos 90 minutos, por lo que otro objeto con un período de 270 minutos lo "encontraría" cada 135 minutos más o menos. Eso significa al menos una hora de espera y tal vez más antes de que puedas ver a tu oponente, y aún necesitarías un misil poderoso que tardaría bastante en cruzar el espacio intermedio para poder interceptar al objetivo de manera útil.

Entonces, potencialmente horas de espera, compitiendo por la posición tratando de obtener un primer golpe sin estar demasiado expuesto (y las órbitas más altas tienen menos desorden de fondo, recuerde).

¿Quién tiene tiempo para eso?

No, lo que realmente sucedería es que obtendrías un montón de lanzamientos de misiles ASAT desde la superficie. Un cohete suborbital no es irrazonablemente complejo o costoso de fabricar, ciertamente mucho más simple que un buque de guerra espacial impulsado por VASIMR de propulsión nuclear. Aparecían y arrojaban un montón de porquería... tal vez solo fragmentos tontos, tal vez interceptores inteligentes como un vehículo exterminador exoatmosférico . No estarían viajando a velocidades orbitales, y el enemigo se abalanzaría sobre ellos a muchos kilómetros por segundo y volaría en pedazos, probablemente horas antes de que la nave de guerra pudiera hacer algo útil.

Aburrido, pero eso es guerra espacial para ti. Los escombros dan vueltas y vueltas, todos mueren.

Como punto de referencia, se necesita un cohete con unos 8,6 km/s delta-V para alcanzar la órbita baja desde la superficie de la Tierra. Aquí hay un ejemplo de un pequeño cohete con esta capacidad:

El vehículo de lanzamiento de satélites fue un proyecto indio de finales de los años 70 y podía poner 40 kilos en una órbita terrestre baja. Medía unos 22 m de largo, 1 m de ancho y pesaba unas 17 toneladas.

Si desea un "misil" que pueda hacer cambios orbitales dramáticos, o cruzar varios miles de kilómetros de espacio en un tiempo relativamente corto, ese es el tipo de arma de tamaño y peso que necesitará.

Piense en el tamaño que tendrá que tener el buque de guerra de lanzamiento y cuántos de estos cohetes puede transportar. Y piense si lanzarlos desde la Tierra o no tiene más sentido económico y militar.

Algunas otras respuestas han incluido sugerencias con cambios orbitales dramáticos, como la transición de una órbita ecuatorial a una órbita polar . Tal acción es muy costosa en términos de delta-V... para una nave espacial en una órbita circular a la altitud de la ISS sería de ~10,7 km/s (¡más que entrar en esa órbita desde la superficie!) y bastante poco práctico para un cohete de combustible químico.

Afortunadamente, sus buques de guerra tienen motores VASIMR , por lo que tienen delta-V de sobra. Desafortunadamente, los motores de alta eficiencia se caracterizan por tener empujes muy bajos. Un VASIMR capaz de impulsar una nave con un centígrado de empuje (sí, una centésima parte de una gravedad estándar) sería algo fenomenalmente poderoso y requeriría un reactor nuclear sustancial, una matriz de disipadores de calor, avances tecnológicos, etc., etc.

Una maniobra de 10,7 km/s con un motor de este tipo tardaría >1800 minutos en completarse... eso es casi 20 equivalentes en órbita ISS. Un VASIMR aún más escandalosamente poderoso que podría manejar una décima entera de gravedad todavía toma> 180 minutos, brindando muchas oportunidades para que los interceptores terrestres lo reduzcan a un peligro de navegación para que disfruten las generaciones futuras.

Las maniobras rápidas requieren un gran empuje. Los cohetes eléctricos no pueden proporcionar eso a su nivel tecnológico. Los cohetes químicos no tienen un Isp alto. Necesita un Isp alto para realizar cambios orbitales drásticos.

Tus barcos de guerra no pueden hacer maniobras dramáticas. Si desea motores de alto empuje y alto Isp, necesita el Proyecto Orión .

no se nada de mecanica orbital

Solo puedo recomendar elegir los videojuegos KSP y Children of a Dead Earth : son una excelente manera de aprender la mecánica orbital, como se demuestra en XKCD .

¿Cómo quemarían los misiles sus motores o motores para golpear a la otra nave espacial en el menor tiempo posible?

Entonces, lo que estás describiendo es una maniobra de intercepción orbital . La forma más rápida implica una cantidad infinita de empuje y ΔV, por lo que las restricciones serán importantes aquí.

Ha configurado la escena como un futuro cercano, por lo que estoy haciendo las siguientes suposiciones:

• Baja (más o menos), coplanar, órbita terrestre circular
• Motores químicos para los misiles, lo que implica:
  • Alto empuje, por lo tanto maniobras instantáneas teóricas
  • ΔV limitado (es decir, "combustible" limitado), por lo tanto, tiempo de combustión limitado

Una maniobra de intercepción eficiente de ΔV bajo es que el misil se queme progrado (es decir, "hacia adelante") para aumentar su período orbital (el tiempo que tarda en hacer una órbita) en un factor de 1.5x, y... esperar.

Tenga en cuenta cómo el ángulo relativo de la nave verde y el proyectil verde en el momento del lanzamiento son los mismos: esa es la maniobra progresiva.

Si desea reducir el tiempo de intercepción, tendrá que gastar más ΔV y cambiar el ángulo de su encendido hacia radial (es decir, "fuera"). La intersección en el siguiente diagrama gastaría más ΔV e interceptaría en aproximadamente 1,1 órbitas:

Tenga en cuenta cómo el ángulo relativo de la nave verde y el proyectil verde en el momento del lanzamiento está cambiando "hacia afuera": ese es el componente radial.

Aumentando más el presupuesto de ΔV, tiempo de intercepción de ~0.9 órbitas:

Aumentar aún más el presupuesto de ΔV, para reducir el tiempo a alrededor de ~0,5 órbitas, convierte la órbita de intercepción en una cuasi-vertical; el proyectil se quemaría en un ángulo de ~ 45 grados en relación con el radial ("arriba e izquierda" en la imagen), para cancelar la velocidad hacia adelante ("abajo") y afectar la velocidad hacia afuera ("izquierda"):

Podemos continuar hasta el caso extremo: el proyectil cancela su velocidad orbital directa y se convierte en una órbita inversa, bajando el perigeo para rozar la atmósfera. El tiempo de intercepción sería ~0.2 órbitas:

El límite absoluto de la maniobra más rápida es cuánto se puede bajar el perigeo del retrógrado sin forzar al proyectil a una reentrada atmosférica.

Ahora, tenga en cuenta: la maniobra a realizar depende en gran medida de su presupuesto de ΔV . Una maniobra prograda de bajo ΔV puede tomar... tal vez 1000 m/s, mientras que la rápida retrógrada rozando la atmósfera en órbita inversa tomaría tal vez 22000 m/s.

¿Porque es esto importante? Porque la masa de combustible aumenta exponencialmente en relación con el ΔV y la masa de carga útil . Por lo tanto, puede elegir entre tener un proyectil capaz de la maniobra de deslizamiento retrógrado, o unos cientos de proyectiles capaces de la maniobra lenta de 1,5 órbitas progresivas, o un proyectil con cien veces la carga útil. Sí, el orden de las magnitudes es centenas.

Esto resalta las preocupaciones tácticas de elegir las cargas útiles de los proyectiles. Si bien es posible la intercepción más rápida, podría significar tener un proyectil con una carga útil demasiado pequeña para marcar la diferencia (o demasiado fácil de evitar con una maniobra evasiva). Yo diría que la solución óptima es un proyectil capaz de interceptar lentamente ~ 1.2 órbitas, que lleva una carga útil de metralla: una nube de rodamientos de bolas de un kilómetro de ancho que viaja a ~ 500 m / s en relación con el objetivo sería difícil de evitar, causar daño al objetivo y quemarse en la reentrada atmosférica.

(Por favor, tenga en cuenta que mis diagramas y números son de gran calidad; si desea números y órbitas más precisos, juegue KSP con RSS y el planificador de maniobras de MechJeb. Si desea la solución matemáticamente precisa realmente nerd, hay muchas de estas cosas en space stackexchange ).

El combate con misiles en el espacio es demasiado complicado para responder esto fácilmente.

Si está buscando una mecánica de combate orbital súper crujiente en su escritura, entonces esto:

Supongo que los misiles no pueden simplemente acelerar más rápido directamente hacia adelante, dado que ganarían delta V y se elevarían en órbita (de física básica, no sé nada sobre mecánica orbital).

Es algo que debes rectificar.

Delta-V (dV) es básicamente una medida de qué tan "lejos" puedes ir en el espacio. No se gana con la aceleración, de hecho, se consume con ella. Si cambio mi velocidad en 500 m/s, tengo que consumir 500 m/s de dV para hacerlo. Esto está determinado por la masa, el suministro de combustible y el ISP del sistema de propulsión.

Para las armas autopropulsadas, es LA estadística individual más importante en el espacio, posiblemente solo superada por la firma del sensor.

En el momento en que el enemigo vea venir el misil, comenzarán a quemar sus motores para alterar su trayectoria. Ni siquiera importa cómo lo hacen, a menos que el misil sea indetectable hasta que esté extremadamente cerca, porque a distancias orbitales, todo lo que necesitan hacer para que el misil falle es no estar donde el misil los va a golpear.

El misil, a su vez, tendrá que hacer su propia quema de ajuste para llevar su curso de regreso a una intercepción.

Así que ahora es un juego de "quién tiene más dV a bordo". Si el objetivo es capaz de forzar al misil a ajustar el rumbo demasiadas veces, entonces puede agotar el combustible del misil y escapar. (PD: así es como te defiendes de los misiles aire-aire también, cambias mucho de dirección y arrastras el misil a una altitud más baja, aire más espeso donde tiene que quemar su energía girando bajo alta resistencia hasta que le falta la energía para alcanzarte nunca más.)

Por lo tanto, la estrategia detrás del empleo de armas de misiles es ULTRA dependiente del dV relativo del misil, el vehículo de lanzamiento y el objetivo. (El vehículo de lanzamiento puede maniobrar antes de lanzar el misil para obtener una 'solución de disparo'. Mientras el misil está en el lanzador, obtiene todos esos cambios de velocidad 'gratis'; no gasta su propio suministro de combustible para hazlo.)

El único otro factor que puede ayudar, y la única forma en que tiene sentido lanzarlo desde el otro lado de un planeta, es si el misil en sí es lo suficientemente pequeño y tiene una fase de crucero larga y silenciosa, para que pueda lanzarlo, y el El enemigo no está al tanto del lanzamiento del misil O al menos no tiene idea de dónde está el misil después de haber sido lanzado, por lo que ahora tienen que intentar esquivarlo sin saber su estado de energía actual.

Eso pone todo en territorio de ajedrez mental, en lugar de física.

Para obtener más información sobre cómo se ve esto, sugiero ver la serie de videos de Scott Manley sobre Children of a Death Earth. Ese juego es ULTRA crujiente, y Scott Manley hace un buen trabajo al hacer que la mecánica orbital sea accesible.

P: "¿Cómo quemarían los misiles sus motores o motores para golpear a la otra nave espacial en el menor tiempo posible?"

Ok, tus misiles tienen propulsión. Para la siguiente idea, necesitará un poco, pero no una cantidad excesiva. Utiliza la gravedad del planeta como un acelerador adicional.

Tirachinas sobre la atmósfera superior

Su trayectoria más rápida depende de dónde estén tus naves. Tendrás que calcular la trayectoria de todos modos.

Usa la gravedad como refuerzo

Tenga cuidado, la parte de la órbita cerca del planeta debe estar por encima de la atmósfera superior, de lo contrario, su misil pierde velocidad rápidamente por fricción.

Acérquese a un objetivo a la derecha, con un misil de baja potencia (¿motor de iones?) Se parece a esto:

Misiles guiados

Para un misil guiado de alta velocidad, es conveniente apuntar en línea recta al punto que se quiere alcanzar, corregido por el campo gravitatorio. Luego ingresas a la órbita baja alrededor del planeta... y cuando el objetivo está a la vista, el misil se enfocará en el objetivo, encenderá el motor y procederá en línea recta, como

.. la trayectoria depende de cómo tus dos naves estén alineadas con precisión .

El misil tiene que encontrarse con la nave enemiga, exactamente de la misma manera que las naves viajan desde la Tierra hasta la ISS. La única diferencia es que, en lugar de acoplarse a la nave enemiga, el misil tendrá que impactar a gran velocidad.

Si las naves están básicamente en la misma órbita, y no desea esperar unos milenios para tener la oportunidad de impactar, entonces el misil tiene que cambiar su órbita para que tenga un período orbital diferente del objetivo, sin dejar de intersectar la órbita del objetivo. Si ambas naves están en órbita muy baja, entonces el misil necesariamente tiene que acelerar para que su nueva órbita sea más grande. De lo contrario, la nave puede intentar una órbita más pequeña, lo que brinda más oportunidades para un "encuentro" más rápido.

En la aproximación más cercana, que puede llevar algunas horas, es muy probable que el misil pase por el objetivo a unos pocos kilómetros de él. Así que hay dos cosas que puede hacer: o bien corrige su trayectoria antes de la aproximación más cercana para garantizar un impacto a muchos kilómetros por segundo, pero dando a la nave enemiga mucho espacio para maniobrar en contra... o cerca de la aproximación más cercana, el misil se quema para igualar la velocidad con el objetivo. Esto quiere decir que durante unos segundos, la velocidad relativa entre ambos será cercana a cero mientras se encuentren a unos cientos de metros de distancia. En ese momento, el misil arde como el infierno hacia el objetivo para un impacto más garantizado a unos pocos kilómetros por segundo.

Tenga en cuenta que es posible que desee explotar cerca del objetivo en lugar de golpearlo. Esto hace que sea más fácil lograr una muerte. De cualquier manera, ha estropeado muchas órbitas para muchas personas durante millones de años.

Atajo.

Tu misil perseguirá a la otra nave y la alcanzará atravesando un círculo más pequeño y saliendo de la atmósfera.

http://ffden-2.phys.uaf.edu/212_spring2007.web.dir/Todd_Fortun/Incoming.htm

Al agregar su propia velocidad a la de la nave que lo lanzó, el misil puede volar más bajo que la nave principal: cuanto más baja es la órbita, más rápido debe ir para seguir cayendo y sin tocar la tierra. Atrapará a su nave objetivo tanto yendo más rápido como tomando una ruta más corta, como la pista interior en una pista de carreras circular.

Luego, el misil salta hacia arriba de la atmósfera para golpear la nave objetivo desde abajo. Me imagino más como saltar una piedra que el cambio de dirección más radical anterior. Con suerte, la parte del diagrama anterior donde las piezas se caen no se aplica.

Las órbitas son elipses.

Puedes llegar al otro lado del planeta viajando en cualquier dirección a lo largo del plano de tu vector de viaje. Entonces, solo dispara hacia atrás.

Nota: Hacia atrás NO significa disparar por la parte trasera de la nave, significa invertir la órbita. El extremo puntiagudo del arma no va hacia adelante, pero no te preocupes, usa una computadora. Bueno, en realidad, estás en el espacio. Entonces los extremos puntiagudos no tienen sentido. Puede tener la forma de un alce y funcionar igual si puedes hacer un tubo de misiles con forma de alce.