¿Cómo puede funcionar un "radar" espacial?

En el artículo "Detección" en el sitio web Project Rho dice: "No hay sigilo en el espacio". Cualquier nave espacial creará algún tipo de emisión que pueda ser detectada. La más común es la radiación infrarroja porque cualquier nave espacial generará calor residual. Ese es un efecto secundario inevitable cuando se consume cualquier forma de energía a bordo.

Con un detector de infrarrojos común, es posible que pueda detectar que hay una fuente de luz infrarroja, pero es posible que no pueda determinar su dirección exacta. Pero cuando tiene varios detectores, puede usar la triangulación para identificar la posición exacta de la fuente.

Cuando conoce la posición de la fuente pero desea obtener más información sobre ella de la que se puede detectar con infrarrojos pasivos, puede iluminarla con sensores activos como un rayo láser o de radar dirigido exactamente a la fuente.

en busca de reflejos de la luz solar IS radar. Solo con el receptor (sus sensores) y el transmisor (el sol) en diferentes posiciones.

Usar un transmisor diferente no ganaría mucho, aunque mirar más allá del espectro visible lo haría, casi todos los objetos que usan energía emitirán radiación de cuerpo negro. Puedes buscar eso.

Es complicado

No hay sigilo en el espacio, no puedes ser invisible. Pero eso no es lo mismo que decir que tus enemigos no pueden esconderse. La táctica más obvia sería un ataque de señuelo a gran escala.

Ahora, es difícil crear señuelos para barcos en movimiento , porque los motores y el combustible son caros, y la energía del empuje se correlaciona con la masa como regla general. Entonces, si desea crear un señuelo para un barco de 20 000 toneladas, necesita un señuelo de 20 000 toneladas. Puede amarrar un motor a un asteroide (y hacer algunos trabajos cosméticos externos para que parezca una nave), pero en general esto será demasiado costoso para el uso común. Pero eso no significa que podamos ignorarlo como una posibilidad: solo se necesitan unos pocos ataques para arruinar su día, lo que significa que aún podría ser rentable.

Los barcos balísticos, por otro lado, son relativamente fáciles de atraer. Solo necesita un caparazón que parezca un barco y algunos sistemas para imitar la firma de radiación que emiten sus barcos normales. La desventaja es que una vez que los atacantes se ven obligados a maniobrar, los señuelos dejan de ser, bueno, señuelos: se vuelve obvio qué barcos son reales y cuáles son falsos (a menos que su enemigo sea engañoso y tenga algunos barcos reales que pretenden ser señuelos, por supuesto). ...).

Asi que. Radar Espacial.

Entonces, dado lo anterior, lo que desea es algo que se ajuste a los siguientes criterios:

1. Pruebe tantas frecuencias como sea posible . Si solo observa una cosa (radar, radiación de fondo, infrarrojos) que facilita a sus enemigos crear señuelos útiles. Esté atento a tantas cosas como sea posible, y sus enemigos tienen que falsificar todo eso para engañarlo.
2. Multinivel . Desea detectar enemigos lo antes posible, por lo que debe tener instalaciones en espiral hacia afuera en todas las direcciones. Desafortunadamente, esto se convierte rápidamente en un problema de escala, y uno que no está a tu favor: tu defensa tiene que crecer en tres dimensiones, pero tus enemigos solo atacarán en el punto que elijan. Duplicar su rango de detección efectivo implica un aumento de 8 veces en el costo para usted, y la mayor parte se desperdiciará en cualquier ataque en particular.
3. No seas predecible . A menos que tenga una fuerza abrumadora, predecible en la guerra es a menudo sinónimo de "muerto". Puede tener sentido tener una configuración de defensa perfectamente optimizada para maximizar la cobertura, pero optimizar también es predecible y... bueno, ya sabes lo que eso significa. Y una vez que se elimina su detección (o al menos se degrada significativamente), entonces está en problemas. Afortunadamente, también puedes usar señuelos para dificultar que tus enemigos detecten tus instalaciones de detección y las eliminen. También debes moverlos periódicamente para evitar que un enemigo mapee tu configuración.

nada es perfecto

Sin embargo, al final, debes aceptar que si tu enemigo realmente te quiere muerto, entonces estarás muerto. No existe un sistema perfecto: nunca detendrá el 100% de los ataques en su contra. Hay una razón por la que los sistemas apuntan a cosas como el 99,999 %: siempre existe la posibilidad de que algunas cosas pasen. Y desafortunadamente, en el espacio y con velocidades relativistas, tu enemigo realmente solo necesita una cosa para pasar. Lanza suficientes rocas grandes a un objetivo inmóvil, a una velocidad lo suficientemente alta, y es solo cuestión de tiempo antes de que tu objetivo muera.

Con suerte, tu enemigo quiere tu planeta intacto y no está dispuesto a bombardearte hasta la muerte. En ese caso, está bien siempre y cuando mantenga sus naves e instalaciones en movimiento periódicamente.

Un grupo de personas han dado excelentes respuestas que giran en torno a cómo "no hay sigilo en el espacio", pero siento que podrían estar perdiendo un poco el núcleo de la pregunta.

¿Cómo funcionaría, si es posible, un "radar" espacial?

Más o menos lo mismo que en la Tierra. La detección y alcance por radio (también conocido como radar) es un sistema que hace rebotar ondas de radio en objetos distantes para verlos . Las ondas de radio, al ser solo una porción específica del espectro de luz (EM) , pueden viajar a través del espacio sin problemas. En realidad, la luz viaja un poco más rápido en el espacio que en el aire.

¿O cómo buscaría barcos más lejos de lo que pueden ver sus sensores ópticos?

Como mencioné anteriormente, las ondas de radio son ligeras (fuera del rango "visible" para los ojos humanos, pero aún así son ligeras). Suponiendo que te refieres a barcos que están demasiado lejos porque no llega suficiente luz a tu detector, entonces la respuesta probablemente sea "no puedes buscarlos". La luz es una muy buena manera de ver las cosas. Viaja al límite de velocidad cósmica. Es una ola que también es su propio medio (por lo que atraviesa espacios abiertos sin problemas). Las frecuencias correctas de luz interactúan fácilmente con la mayoría de las cosas (la mayoría de las cosas la reflejan o desvían), por lo que es excelente para ver cosas. Y es fácil de detectar en una amplia gama de frecuencias.

Realmente no hay otros medios de detección tan buenos como la luz. Entonces, si la luz no es lo suficientemente buena para ver algo, probablemente no puedas verlo. Por ejemplo:

• Los bosones W y Z son partículas portadoras de fuerza, como el fotón. Tal vez eso signifique que podrían jugar en la misma categoría de peso que los ligeros... si su rango no fuera tan limitado.
• Los neutrinos tienen un alcance muy largo, viajan aproximadamente a la velocidad de la luz y atraviesan millas/kilómetros de roca como si nada. ¿Significa esto que podemos usar neutrinos para alguna forma de visión súper penetrante? No. Pasa a través de las cosas tan a fondo que el experimento de detección de neutrinos Super-K tuvo que construirse 1 km bajo tierra, como un tanque cilíndrico de acero inoxidable de 40 m por 40 m con capacidad para 50 000 toneladas de agua ultrapura, etc. Aquí hay una imagen . Se necesita el análisis de supercomputadoras de todo el mundo para determinar si se ha detectado alguna partícula de neutrino .
• Las ondas de gravedad , una perturbación de gran alcance en la estructura misma del espacio, son casi imposibles de detectar, especialmente cuando son causadas por objetos pequeños. Fue necesario construir múltiples observatorios de 4 km por 4 km solo para detectar las ondas de gravedad de los agujeros negros en colisión. Esas ondas causaron perturbaciones más cortas que el diámetro de un nucleón atómico.

El gran espacio hace que sea casi imposible buscar los rayos de radar reflejados. 0-100 Eyeball tampoco funciona debido a la inmensidad de Space, al igual que todas las demás instalaciones ópticas.

Acabas de tropezar intuitivamente con la ley del cuadrado inverso . Como dice Wikipedia, "una cantidad o intensidad física específica es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde la fuente de esa cantidad física. La causa fundamental de esto puede entenderse como la dilución geométrica correspondiente a la radiación de fuente puntual en tridimensional". espacio."

Para las fuentes de luz, esto significa que la intensidad visible cae rápidamente. Esta es la razón por la cual las estrellas mucho más brillantes que el Sol son solo manchas en el cielo nocturno (en el mejor de los casos). El principio detrás de esta ley también es por qué, como notó, se vuelve muy difícil (muy rápido) examinar todo dentro de un espacio tridimensional a medida que expande el área esférica que le interesa mirar.

La ley del cuadrado inverso también significa que las cosas pueden, de hecho, esconderse en el espacio, pero solo a grandes distancias (varias UA como mínimo). Esta es la razón por la que podríamos tener un noveno planeta adecuado que nadie haya notado. La luz que viajara a esas distancias y regresara se diluiría extraordinariamente. Ni siquiera se detectaría el calor generado por una súper Tierra a planetas del tamaño de Neptuno a esas distancias. Es por eso que pasarán años antes de que confirmemos o falsifiquemos el Planeta Nueve.

Entonces, ¿cómo es la detección basada en el espacio?

• El radar (y otros sistemas de detección basados ​​en la luz) funciona en el espacio, pero su utilidad disminuye con la distancia.
• Los sistemas omnidireccionales activos solo son buenos para el área inmediata. Precisamente cuán inmediata/grande es esa área depende de la potencia de salida de las antenas y la sensibilidad de los detectores. (Es decir, necesitaría encontrar números antes de que alguien pudiera calcular las distancias). Cualquiera que sea el caso, todavía estamos hablando de cuántos km.
• Los sistemas omnidireccionales pasivos serían bastante buenos para ver barcos bastante distantes si los sensores están diseñados para captar calor. Incluso con la ley del cuadrado inverso, un sistema de detección basado en computadora podría detectar puntos de calor por encima del promedio que se mueven a través del espacio. Esto significa que es casi imposible acercarse sigilosamente a alguien a menos que haya un objeto grande entre ellos (por ejemplo, un planeta o una luna grande). Sin embargo, la ley del cuadrado inverso significa que probablemente no detectará naves de forma pasiva a más de unas pocas UA. Como antes, la distancia exacta variará según la sensibilidad del detector.
• Los sistemas direccionales (activos y pasivos) tendrán rangos mucho mayores, pero necesita saber dónde buscarlos para que sean útiles. (Nota: los sistemas direccionales activos solo funcionan a distancias de miles de kilómetros. Incluso los mejores láseres basados ​​en la Tierra tienen varios kilómetros de ancho cuando llegan a la Luna).
• Dado que la mayoría de las personas, incluso en la sociedad espacial más avanzada, vivirán en o alrededor de planetas, lunas y estaciones espaciales. Los sistemas de detección direccional probablemente serán útiles para áreas distantes que se sabe que están pobladas. En ese caso, los barcos tendrían dificultades para escabullirse de casa, ya que un sistema direccional podría vigilarlos mientras se mueven hacia el espacio abierto.
• Los barcos podrían intentar (algo) contrarrestar la detección basada en el calor navegando lo más frío posible a través de áreas en las que es probable que se detecten. También podrían tener un diseño que intente dirigir una gran parte de su exceso de calor en una sola dirección (una en la que no haya un sistema de detección). Al igual que el sigilo convencional, ninguna de estas técnicas ocultaría por completo una nave.
• El sigilo convencional seguiría siendo útil para cosas como el radar. Esto es más importante a corta distancia, cuando la detección activa se convierte en un problema.
• A cualquier distancia significativa, el tiempo de viaje ligero se convierte en un problema. Marte, por ejemplo, está a muchos minutos luz de distancia. Esto significa que vigilar las naves a unas pocas órbitas planetarias podría significar que está mirando desde decenas de minutos hasta varias horas en el pasado. (En consecuencia, las cosas tardan meses en recorrer una distancia significativa).
• La detección a grandes distancias y detrás de obstáculos como planetas podría solucionarse instalando sistemas de radar orbital. (Eso no ayudará al tiempo de transmisión, por supuesto).

Para aplicaciones civiles, todos "graznarían" su propia posición para todos los demás en un canal conocido. En el mar, hoy en día, esto se hace mediante AIS, e incluye la posición, la velocidad, la dirección del movimiento y el destino previsto. Los aviones civiles utilizan un sistema similar.

Para una aplicación militar, lo más probable es que utilice un sensor pasivo. Podría ser térmico (detecta calor/radiación de cuerpo negro), neutrino (detecta señales de fuentes de energía de fisión/fusión), EM (detecta fugas de radiofrecuencia de una fuente de alimentación eléctrica de 60 Hz/50 Hz, comunicaciones inalámbricas dentro del barco, etc.).

Probablemente sería una combinación de todo lo anterior, además de cualquier otra cosa que funcione.

Estos sensores le darán una orientación hacia su objetivo, pero no brindan ninguna información de alcance: sin un tiempo de vuelo, no puede calcular el alcance en función de la velocidad conocida de la luz. Para obtener el rango, tendría que hacer una conjetura basada en un par de factores:

1) Intensidad relativa: particularmente si ha observado este barco o barcos de la misma "clase" antes, es posible que tenga información como "cuando estamos tan lejos, espero una intensidad de señal de X". Esto servirá principalmente como información de amplificación para el siguiente indicador, que es...

2) Orientaciones a lo largo del tiempo: a medida que tanto el sensor como el objetivo se mueven por el espacio, la orientación que observa el sensor cambiará. Su sistema de orientación analizará los números y restringirá el rango a medida que recopile más información. Si el objetivo estuviera estacionario y su sensor se moviera, entonces sería sencillo usar dos o más muestras a lo largo del tiempo para triangular la posición del objetivo. Dado que AMBOS buques estarán en movimiento, esto será más difícil, pero fundamentalmente todavía se puede lograr. Si el barco de detección cambia de rumbo, puede limitar en gran medida el problema y resolver rápidamente el alcance.

La detección pasiva tiene la ventaja adicional de que no está emitiendo señales de radar "fuertes" que permiten que otras naves lo identifiquen, localicen y ataquen.

¿Qué tal usar la gravedad en lugar de las ondas de radio? La gravedad tiene efectos detectables a grandes distancias, y actualmente tenemos sensores que pueden detectar y mapear fluctuaciones en la gravedad, por lo que si tuviera un detector que fuera lo suficientemente sensible, podría enviar algún tipo de pulso de gravitón y luego registrar dónde reaccionó a otra gravedad. campos y/u objetos.

Incluso sin un pulso de gravedad, todos los objetos tienen gravedad, por lo que sería posible la detección pasiva, especialmente para barcos muy grandes o barcos con gravedad artificial.
Una nave furtiva sería una que es pequeña, tiene radio/radar y material absorbente de luz, refrigeración activa de la superficie exterior al ambiente espacial (tal vez descargue el calor en un disipador de calor interno, lo que significa que la furtividad solo podría usarse a corto plazo antes del sería necesario descargar el calor), y no hay gravedad artificial cuando está en modo sigiloso.
Entonces, el sigilo activo sería estrecho, caliente e ingrávido.

También existe la teoría de que los efectos de la gravedad viajan más rápido que la velocidad de la luz*, por lo que potencialmente podría detectar algo más rápido de lo que permitiría la relatividad. Una señal de radar normal tardaría unos 20 minutos en cruzar la distancia entre Marte y la Tierra.

TL; DR, sería muy parecido al sonar en la guerra moderna del ombligo. Grandes naves del capitolio e instalaciones basadas en planetas/luna/asteroides activan ping activamente, naves sigilosas más pequeñas que se adhieren a las sombras de la gravedad cuando es posible y tratan de pasar desapercibidas mientras escuchan otras naves sigilosas...

Mapeo de gravedad: http://en.wikipedia.org/wiki/Gravity_of_Earth

Editar: me gustaría señalar que la teoría de una partícula de gravitón , si pudiera aprovecharse, podría permitir ondas gravitacionales controladas .
Otra forma de generar ondas gravitacionales sería generar un par de agujeros negros muy pequeños orbitando entre sí.
A medida que las ondas se propagan hacia el exterior, los detectores podrían buscar ondas en el espacio-tiempo donde no debería haber ningún objeto, o un cambio en el tamaño de las ondas causadas por objetos conocidos. Si un asteroide de repente causa una onda más grande de lo normal, entonces indicaría que la masa ha cambiado y que probablemente una nave se esconda detrás de él.

* Esto se basa en la física newtoniana y no se sostiene con la ciencia moderna.

Funciona así . Vea este video para una presentación muy informativa sobre cómo se usa el radar para detectar y explorar cuerpos en nuestro vecindario interplanetario.

Cualquier sensor "activo" que desee emplear simplemente tomará el doble de tiempo para brindarle la información que obtendría de la radiación emitida por el objetivo, cualquier cosa que no pueda ver no es una amenaza de todos modos a menos que tenga FTL en cuyo caso, ningún sistema de detección basado en EM le servirá de nada, porque los atacantes llegan antes de que pueda verlos.

Eche un vistazo a la serie Lost Fleet de Jack Campbell para obtener una muy buena mirada científica sobre el problema de la detección y el retraso de la señal en situaciones de combate bajo la luz, también una lectura bastante buena en sí misma. La parte principal que es relevante aquí es del primer libro donde señalan el hecho de que el radar tiene que recorrer el doble de la distancia, de ida y vuelta, que los datos de la señal óptica.