¿Cómo haría explotar una nave espacial un "proyectil" basado en energía?

¿La superficie de la nave espacial no absorbería toda la energía del pulso y se quemaría?

Puede o no absorber toda la energía, según el tipo de arma que se esté considerando (diferentes longitudes de onda de luz láser y diferentes tipos de partículas tendrán diferentes propiedades). Sin embargo, no se quemará en el sentido en que probablemente esté pensando: la cantidad y, lo que es más importante, la concentración de energía involucrada es suficiente para reducir partes del casco a plasma . Este es el principio de la ablación con láser . El plasma es mucho menos denso que la materia sólida, por ejemplo, las placas del casco. Como resultado, se expande violentamente a medida que cambia de fase. En otras palabras, explota.

Un efecto secundario interesante es que si la explosión es demasiado pequeña para simplemente destrozar la nave, la nave tenderá a dirigir la fuerza hacia el exterior. El plasma se aleja de la nave y, como consecuencia, la nave se aleja del plasma, lo que hace que parezca que los ataques láser golpean físicamente a la nave.

Incluso el compartimiento presurizado no explota tan violentamente, ¿verdad?

Por su propia voluntad, no pueden. La despresurización generalmente no es tan dramática como se muestra en las películas. Este tipo de incidentes (cuando no están hechos completamente de tela) tienden a basarse en aviones comerciales que sufren daños en el fuselaje, que de hecho puede desgarrarse dramáticamente, pero eso se debe a que los aviones comerciales vuelan con vientos de 500 millas por hora. Obviamente, las naves espaciales no están haciendo tal cosa, y la presión atmosférica interna no es suficiente para causar mucho daño.

Sin embargo, si un arma de energía logra atravesar el casco, convertirá el aire del interior en plasma tan fácilmente como el casco (incluso más fácilmente, de hecho, ya que puede saltarse algunos pasos endotérmicos en el camino), destruyendo el barco desde el interior. Y, como señala AlexP en los comentarios, siempre existe la posibilidad de provocar explosiones secundarias de fuentes como combustible, armas o partes volátiles del sistema de soporte vital.

¿Puede un proyectil basado en energía atravesar muchas capas de estructura y explotar el motor sin tener en cuenta la ley de Beer-Lamber?

Mire este video que muestra el efecto de un pulso láser en una gota.

Verá que primero el láser vaporiza/nebuliza parte de la gota, como puede ver en el cuadro a continuación

luego, la onda de choque resultante en realidad deforma la gota en algo que parece un panqueque, como se puede ver en el cuadro a continuación

Si el haz es lo suficientemente energético en la longitud de onda correcta y su dinámica es más corta que la dinámica de la nave objetivo, es plausible que la explosión ocurra de manera dramática. El video nuevamente muestra un buen ejemplo de tal comportamiento.

Un pulso láser no es más que luz concentrada que transporta una enorme cantidad de energía. Si ese rayo de luz golpea el casco de un barco, la energía se transfiere al material del casco (o lo penetra, depende de la longitud de onda y el material), que luego se evapora y se convierte en plasma. Este plasma se expande a una velocidad increíble, similar a una explosión, y daña otras partes de la nave y el casco. El efecto general sería similar a un bombardeo con granadas HE (HighExposive).

Además, no toda la energía transmitida va al plasma, una cierta cantidad permanecerá en la nave en forma de calor. En un entorno realista, la disipación del calor es una preocupación importante para una nave espacial, y si la entrada de calor es mayor que la salida de calor... Bueno, espero que te gusten las saunas.

¿La superficie de la nave espacial no absorbería toda la energía del pulso y se quemaría?

Nota: estoy usando el calor como un ejemplo de energía. Existen explicaciones similares para otros tipos de energía, pero el calor es el más fácil de entender.

Si desato un lanzallamas en la puerta de tu casa, ¿tu casa distribuirá y absorberá el calor? ¿O la puerta se está rompiendo primero?

El calor solo puede disiparse a una velocidad dada en un material dado. Si aplica más calor del que puede disipar, entonces el área a la que está suministrando el calor se calentará considerablemente más que las otras partes.

¿Puede un proyectil basado en energía atravesar muchas capas de estructura y explotar el motor sin tener en cuenta la ley de Beer-Lamber?

Suponiendo que su láser suministre más calor del que el casco de la nave puede disipar, calentará el punto de impacto. Por el bien de la ciencia ficción, puede asumir que los láseres son una enorme cantidad de energía que ningún material común puede manejar. Eso tiene más sentido:

• Si un material común pudiera manejarlo, entonces el arma láser no sería una buena arma.
• Si los cascos en general pudieran manejarlo, nadie habría necesitado desarrollar tecnología de escudo.

El casco se derrite, crea un agujero y su láser ahora disparará a través del agujero, golpeando lo siguiente en su camino. Esto mismo sigue ocurriendo una y otra vez, hasta que ya no hay nada bloqueando el camino del láser.

• Tal vez eso sucedió porque fue un claro de principio a fin. Eso no haría estallar la nave, pero por supuesto seguiría siendo una brecha grave en el casco.
• De lo contrario, es posible que haya golpeado un componente crítico de la nave, que explotó en pedazos, "eliminando" cualquier otra cosa para que su láser golpee. Tal vez la explosión esté localizada y solo parta el barco en dos, o tal vez solo haga un gran agujero en el casco, o tal vez la explosión atraviese todo el casco.

A partir de material de ciencia ficción común, principalmente Star Trek en este caso, las naves son capaces de apuntar a partes específicas de su enemigo (los motores, el generador de escudo). Probablemente porque tienen algún conocimiento anatómico del tipo de nave de su enemigo.

Esto significa que podría apuntar intencionalmente su láser para saber que golpeará un componente volátil o explosivo (por ejemplo, un reactor de fusión). Esto puede ser una explicación de por qué los disparos mortales siempre hacen estallar la nave enemiga en lugar de desactivarla.

Incluso el compartimiento presurizado no explota tan violentamente, ¿verdad?

La descompresión de un compartimento presurizado no es diferente de un vaciado de un globo. En el mejor de los casos, el vapor de agua en el aire será visible porque el espacio exterior es mucho más frío y puede congelar la humedad. Pero aparte de eso, no pasará mucho más.

Casi todas las naves espaciales tienen grandes reservas de energía a bordo. Los barcos militares, por supuesto, tienen un montón de ordenanzas, incluso los barcos civiles tienen los poderes que alimentan su sistema de propulsión.

Los éxitos que encuentran un sistema de este tipo hacen un gran kaboom. Los impactos que no logran encontrar un sistema de este tipo prácticamente no tienen una manifestación externa visible: el objetivo de un arma es dañar lo que hay dentro, no dañar el casco. Desea perforar el casco con un agujero lo más pequeño posible y entregar su energía al interior. El rendimiento del barco puede verse degradado por el golpe, pero se necesitaría un examen externo cuidadoso para encontrar el daño. (Internamente es otro asunto, es posible que tenga un daño desagradable).

Una forma en que podría suceder es el choque térmico . Es probable que el casco exterior de la nave esté muy frío, porque está en contacto directo con el espacio exterior. Un láser o máser estaría muy caliente. Esta diferencia de temperatura podría conducir a fallas catastróficas de las secciones de efecto. Las armas basadas en plasma también tendrían un efecto similar. El efecto "queso suizo" no es el único resultado posible.

Tienes toda la razón. Los rayos de energía dirigidos son tanto un fracaso para la ópera militar espacial como los 'escudos de energía'. En todas las pruebas de armas de rayos de energía dirigidos, lo mejor que ha hecho el ejército de EE. UU. es hacer agujeros en el objetivo. Simplemente no hay suficiente energía en un rayo de energía dirigido para hacer mucho daño. Ciertamente no lo suficiente como para causar que un acorazado espacial sea completamente destruido. Como usar un puntero láser para 'destruir' un dron.

Y no habría necesidad de escudos. Las placas y otras cubiertas similares en las naves espaciales serían mucho más efectivas, además de pasivas. —¡Perdimos energía a los escudos, capitán! simplemente no lo corta en la guerra. Pero los recubrimientos reflectantes especiales, los materiales con capacidades de transferencia de calor súper eficientes, las placas especiales endurecidas contra la radiación (el plomo como ejemplo) no sufren pérdida de energía y serían mucho más efectivos, lo que haría que los rayos de energía dirigidos fueran prácticamente inútiles. En el mejor de los casos, los 'escudos' serían cargas superficiales en la piel exterior, algo así como una carga superficial electrostática.

Las armas cinéticas siempre ganarán. Menos dramático, pero más efectivo.

Entonces, ¿por qué los escritores de ciencia ficción insisten en usarlos?

Tal vez por la muy falsa creencia de que las armas de percusión explosivas no funcionan en el espacio. Los gases explosivos y los materiales de la explosión no se desvanecen, continúan en una 'onda' de energía equivalente a la energía original de la explosión. 'Metralla', por así decirlo.

Y tal vez debido a los problemas con las armas de proyectiles. El espacio es enorme, por lo que las naves espaciales que luchan tendrían que estar muy juntas para que la acción evasiva no sea efectiva. Un arma de 'velocidad de la luz' siempre es mucho más dramática e inmediata que la lentitud de los misiles espaciales. Imagínese lo aburrido que sería si los antagonistas tuvieran que esperar quince, veinte minutos para que los misiles llegaran a su objetivo, que por supuesto ya no estaría allí. ¡Disparen los tubos de misiles tres, cuatro y cinco! ¡Ahora ve a tomar un café y espera a ver qué pasa! simplemente no genera mucho suspenso. Sin embargo, incluso los rayos de energía dirigidos tardan en viajar distancias astronómicas.

O más específicamente, una 'ópera militar espacial' no sería muy entretenida sin enormes acorazados e incluso explosiones más grandes. Las historias están escritas para nosotros, los terrícolas, que pensamos en la guerra espacial como una simple guerra naval traducida al espacio. Enormes acorazados enfrentándose entre sí. Pero es más como una guerra aérea. No hay ninguna ventaja en los enormes aviones de combate 'acorazados'. Más pequeño y más maniobrable es mejor que los dirigibles enormes, desgarbados y fáciles de apuntar.

Pero mi dinero está en el simple punto de que los escritores de ciencia ficción de la ópera militar espacial en general simplemente no son lo suficientemente creativos (¿perezosos?) Los lectores lo aceptan, los escritores necesitan producir sus trabajos rápidamente, por lo que recurren a los mismos memes probados y verdaderos. No es necesario ser creativo, cuando puede llenar su historia con mega explosiones, rayos de energía de fantasía, escudos impenetrables y enormes naves que explotan con la pérdida de todas las vidas y el libro se venderá.

Pero la verdad es que la 'guerra espacial' real, si alguna vez ocurre, será aburrida, lenta, trabajosa y en un 99,99999 % sin incidentes. No es realmente lo que lo convierte en una buena ficción llena de acción y alto suspenso.

Por lo tanto, la guerra de ópera espacial de ciencia ficción seguirá siendo rayos de energía y 'escudos arriba' y enormes acorazados explotando en el espacio, con la mano de la realidad apartada.

cosas nucleares

El arma de energía atraviesa directamente la nave sin impartir impulso. Pero toda la materia a lo largo del camino se convierte en nuevas y emocionantes formas de plasma y radiación, que se expande hacia el exterior y esta es la explosión resultante. Estamos hablando de una reacción de fisión/fusión, pero no autosuficiente.

¿La superficie de la nave espacial no absorbería toda la energía del pulso y se quemaría?

Me imagino que un rayo lo suficientemente débil como para ser absorbido por la nave probablemente no sería lo suficientemente fuerte como para hacer las cosas nucleares de arriba. Y un rayo lo suficientemente fuerte probablemente lo atravesaría, desperdiciando efectivamente la mayor parte de la energía. Eso hace que el arma sea tremendamente ineficiente, que es el verdadero problema con las armas de rayos.

¿Puede un proyectil basado en energía atravesar muchas capas de estructura y explotar el motor sin tener en cuenta la ley de Beer-Lamber?

Todo lo que dice la ley de Beer-Lambert es que el rayo causará al menos tanto daño directo a las primeras capas como al propio motor. No se puede diseñar un rayo que atraviese varias capas de mamparo y luego detone dentro de la cabina. Pero aún podríamos hacer que el motor detonara al golpearlo (y todo lo demás) lo suficientemente fuerte.

Esto plantea un problema mayor : presumiblemente, este motor es nuclear y, por lo tanto, está diseñado para resistir la ruptura de las fuerzas nucleares en su interior. Por lo tanto, podría ser difícil romperlo usando un arma nuclear desde el exterior. Probablemente sería más fácil hacerlo lo suficientemente fuerte como para que deje de funcionar pero no explote.