¿Cuáles son los límites de las armas láser en el espacio?

Depende del poder que se te esté disparando.

Los espejos convencionales no son 100% reflectantes. Normalmente reflejan un poco más del 90% de la luz incidente, lo que significa que alrededor del 10% de esa energía es absorbida o transmitida.

Si le apuntan con un láser de mW, el 10 % son cacahuetes, y no tiene que preocuparse.

Si está dirigido a un láser de petavatio (10 a 12 vatios), está obteniendo algo así como gigavatios de potencia, y es mejor que se preocupe por eso.

Puedes mejorar la reflectividad de los espejos hasta en un 99,999...% usando metamateriales como DBR , pero estos vienen con una fuerte direccionalidad. Esto significa que a lo largo de una dirección precisa reflejas el 99.999...% de la luz, pero si estás fuera de esa dirección, podrías estar desnudo contra el láser.

Y no olvides que también tienes que eliminar el haz reflejado. No querrás ser golpeado por un reflejo, ¿verdad?

A tu favor tienes la distancia desde la que se dispara el láser: a pesar de estar muy colimados, los rayos láser no están perfectamente colimados. Todavía tienen algo de divergencia en milirradianes, lo que asegura que en distancias cósmicas la energía se distribuya sobre una gran superficie. Para su referencia, en el Experimento de alcance lunar, donde se dispara un láser a los espejos dejados en la superficie de la Luna por las misiones Apolo (400k km de distancia, un poco más de 1 segundo luz), el láser alcanza la superficie de la Luna se extiende sobre un disco de varios km de ancho y su potencia por unidad de superficie disminuye proporcionalmente.

Ha sido mi suposición que un láser sería un arma efectiva a distancias lo suficientemente cortas como para que un pulso pueda vaporizar el revestimiento del casco.

El "corto alcance" es algo difícil de cuantificar. Depende en gran medida de sus propias suposiciones y requisitos de nivel tecnológico, y como no nos los ha comunicado, no puedo especular. Cuanto más corta sea la longitud de onda, más elegante será su óptica, mayor será el alcance de sus láseres. Más o menos puede agitar esto a mano para que se adapte a sus propios propósitos y elegir algo entre cientos de kilómetros y segundos luz.

Un láser bombeado por bomba, por ejemplo, podría tener un alcance de tan solo 100 km (que es más como el alcance práctico de un obús de casaba) o tan largo como 10000 km, dependiendo de la calidad y eficiencia de sus varillas láser, y la efectividad de su sistema de focalización.

Más allá de eso, supuse que un láser sería bastante ineficaz, ya que solo podría calentar el objetivo.

Ser calentado suavemente por rayos X puede no ser lo mismo que ser calentado suavemente por una lámpara de calor. Sólo digo' ;-)

Recuerdo haber escuchado en alguna parte que algo así como el 20 % de la energía que se pone en un láser se pierde como calor residual.

Un láser con una eficiencia del 80% no es inverosímil, pero bien podría considerarse extremadamente eficiente . Hay algunos diseños de láser de diodo que alcanzan ese nivel de eficiencia, pero muchos otros tipos de láser, especialmente los diseños de longitud de onda muy corta o de pulso muy corto, tendrán una eficiencia menor. (Los láseres bombeados que mencioné anteriormente pueden tener solo un 2% de eficiencia, pero cuando los bombeas con una bomba de un megatón y usas miles de ellos, la ineficiencia no es un gran problema...)

¿Puedo usar cascos reflectantes como defensa contra los láseres a larga distancia?

Habrá algún rango en el que el rayo entrante sea lo suficientemente intenso como para derretir tu armadura, pero si lo puliste un poco primero, entonces estarás bien. Esto depende de que el haz sea realmente reflejable, por supuesto... en el rango de longitud de onda más corto y ultravioleta lejano (por ejemplo, láser de rayos X bombeado por bomba) se vuelve un poco difícil hacer esto, porque sus electrones comenzarán a caerse , pero para la luz visible es posible que pueda salirse con la suya.

Los láseres, por definición, operan en una sola longitud de onda

Generalmente, sí. Es posible ajustar la longitud de onda de un láser de electrones libres en una pequeña cantidad, limitada por la óptica disponible. Un FEL de luz visible podría ser bastante ajustable, por ejemplo. También es posible llevar más de un láser, o un láser que se puede duplicar en frecuencia (de la misma manera que los láseres Nd:YAG de IR cercano comerciales actuales pueden usar un cristal KDP para producir luz verde visible, con cierta eficiencia). costo). Los láseres Ti-Sapphire pueden ajustar su salida hasta cierto punto, entre 650 y 1100 nm.

así que mientras el material refleje esa longitud de onda específica, asumiría que lo harían.

Puede hacer espejos dieléctricos altamente eficientes , pero tienden a ser eficientes en una banda de longitud de onda muy específica. Son caros (mucho más que una armadura tonta) y delicados (la abrasión causada por el daño de los micrometeoritos los volverá inútiles) y serán en gran medida ineficaces contra cualquier luz láser de una longitud de onda inapropiada.

Además, en el rango de matanza efectivo , comenzará a obtener intensidades de láser muy altas e interesantes efectos ópticos no lineales, lo que significa que reflejar el 99.99% de la luz incidente no es suficiente y la superficie de su espejo explotará en un nanosegundo y ser inútil

Ah, y adularte con unos cuantos láseres bombeados a mayor distancia podría ser suficiente para que tu armadura sea ineficaz contra el fuego láser más convencional.

Por estas razones, probablemente no sean una buena opción para blindaje de buques de guerra.

En otras palabras, ¿ayudará empapelar mi barco con papel de aluminio?

Ayudará, ya que poner cosas entre usted y su láser lo mantendrá vivo por un poco más de tiempo cuando las cosas comiencen a ir mal. Principalmente, lo que desea es algo altamente refractario , porque querrá que su armadura siga siendo útil a distancias más cortas cuando simplemente no puede reflejar suficiente calor para estar seguro y necesita algo que absorba tanta energía como sea posible antes de evaporarse. .

Probablemente lo mejor sea alguna forma de carbono. El boro también funcionará, pero es mucho más raro y es posible que encuentre otros usos mejores para él. Un tejido de nanotubos de carbono es probablemente lo mejor para usar aquí, ya que resistirá ser abierto por efectos explosivos. En cualquier caso, estos materiales también serán útiles contra otro tipo de armas de energía. Tal vez algunas inclusiones más duras (alguna forma de hiperdiamante, tal vez) podrían ayudar contra las armas de energía cinética, en la medida en que cualquier cosa ayude.

Las superficies reflectantes siempre ayudarán a desviar parte de la energía, sin embargo, ningún material es capaz de reflejar el 100 % y parte de esa energía siempre será absorbida. Entonces, incluso si tiene una superficie reflectante del 99,99999%, aún absorbe una pequeña cantidad de energía, que es el punto principal.

Un láser es poderoso porque puede enfocar una cantidad decente de energía en un área muy pequeña. Por el bien de los argumentos, digamos que tengo 1 vatio (no estoy seguro si esta es la unidad correcta) distribuidos en 1 m ^ 2. Si puedo enfocar eso en 0,5 m ^ 2, de repente tengo el equivalente a 4 vatios de potencia aplicados a esa superficie. A medida que enfoco el láser en un punto pequeño, aumento exponencialmente la cantidad de energía que aplico a un solo punto. El objetivo es hacer que falle un solo punto de su defensa, o quemar la superficie reflectante, lo que provocará una falla catastrófica en su sistema de defensa. Entonces puede cubrir toda su nave con papel de aluminio, pero si mi láser solo necesita quemar un agujero más pequeño que un alfiler en ese papel de aluminio para comprometer su sistema.

Empapelar la nave espacial con aluminio de 2-5 mm (el acero sería mucho mejor) y el enfriamiento activo lo salvarán de cualquier láser razonable si mantiene la distancia.

El 80 % de la energía de disipación es solo para láseres de laboratorio. Para "láseres de batalla" potentes, solo el 0,1% - 5% de la energía va al rayo. Y el haz en sí mismo pierde en gran medida densidad de energía con el alcance debido a la difracción. Significa que los láseres modernos en el espacio tienen más posibilidades de derretirse que el oponente, incluso si el oponente no usa espejos.

Diría que los espejos se consideran defensa antiláser. La mejor defensa sería el material negro con un alto punto de fusión (como las aleaciones de titanio y tungsteno o la cerámica): la disipación de calor debido a la radiación en el espacio "frío" no permitiría fundir dicho material con láser en absoluto (aquí se requiere ciencia dura para hacer algunas declaraciones firmes). Y el enfriamiento activo y el uso creativo del vacío lo mantendrán interno a temperatura normal. ¡Incluso puedes utilizar esa energía del rayo láser!

Lo que mata los láseres a distancia es la dispersión del haz.

Un láser se propaga mucho menos que, por ejemplo, una linterna, pero se propaga. Eso hace que la densidad de energía baje. Es la densidad de energía que quema a través de una nave. Si la densidad de energía no es suficiente para dañar el casco, solo calienta el objetivo y, como señalaste, pierdes la guerra del calor.

Entonces, las cosas que disminuyen la densidad de energía o aumentan el calor necesario para dañar son buenas.

Por lo tanto, girar la nave (o simplemente moverse mucho) aumentará el tamaño del "parche" que golpea el láser. Un casco de curvas también aumentará el tamaño del parche. Las proyecciones no funcionales, reflectantes, podrían recibir el golpe. Parte de la energía se transmitiría por el eje de la proyección hasta la nave, pero gran parte de la energía se disipará de regreso al espacio. Me imagino un barco cubierto de burbujas o paraguas. :-)

Además, las sustancias con un alto punto de fusión y una alta conductividad térmica funcionarían bien. Estoy pensando en algo así como una capa de diamante, pero no se romperá cuando lo golpee un proyectil de alta velocidad (aunque se vería muy bonito ya que el objetivo está rodeado de destellos).

Traveler (un antiguo juego de rol) usó "cañones de arena" a la defensiva contra los láseres. Lanzarían una nube de partículas brillantes entre ellos y el atacante. Mientras no maniobraran demasiado y mantuvieran la nube entre ellos y el atacante, atenuaría los impactos del láser.

¿Qué láser?

Hay muchos tipos de láseres disponibles con longitudes de onda desde "masers" de radio hasta láseres "excimer" ultravioleta, potencialmente más disponibles con el progreso tecnológico. Y no hay material conocido que refleje completamente todas estas longitudes de onda. Por ejemplo, el aluminio tiene una caída en su reflectividad en el espectro infrarrojo de 700 nm a 900 nm .

En el extremo del espectro de radio: si la nave enemiga o sus elementos de construcción están hechos de material eléctricamente conductor, de un tamaño similar a la longitud de onda máser utilizada, inevitablemente actuarán como antenas que producen electricidad, lo que resultará en interferencia EM, calentamiento y formación de arcos.

Por lo tanto, si tiene una matriz de múltiples longitudes de onda para todos los tipos imaginables de blindaje enemigo, o un láser ampliamente sintonizable, sería muy efectivo.

Creo que si construyes la pared de la nave con retrorreflectores, con una capa de material de alto punto de fusión debajo, entonces tienes la defensa perfecta contra los ataques láser. Cualquier láser dirigido a su casco será, en un gran porcentaje de la energía, dirigido de regreso a la nave atacante. Y la capa debajo se asegura de que el calor de lo que se absorbe no cause ningún daño estructural a su nave.

Por otro lado, el casco retrorreflector es una desventaja si el láser no se usa para atacar, sino para detección y alcance (Lidar). Porque hará que su nave sea perfectamente visible para cualquier tecnología de este tipo. En ese caso, un casco perfectamente negro tendría más sentido.

Tal vez la defensa ideal sería una capa negra exterior que absorba cualquier láser Lidar, pero que se queme rápidamente con los láseres atacantes, y luego debajo de una capa retrorreflectora para un contraataque pasivo automático, y luego, como tercera capa, un material altamente resistente al calor. para proteger el barco.

La capa exterior te hará difícil de encontrar (pero se quemará rápidamente cuando te encuentren y te ataquen), la segunda capa te hará peligroso para atacar (cualquiera que te ataque se ataca a sí mismo) y la tercera capa protege tu nave.

También tenga en cuenta que el hecho de que el láser tenga solo una longitud de onda no le ayuda, ya que el atacante puede elegir libremente qué longitud de onda usa. Si puede hacer que su nave sea perfectamente segura contra los láseres de 400 nm, eso no lo ayudará si el atacante elige atacar con un láser de 600 nm en su lugar.

En lugar de una capa reflectante de aluminio, técnicamente puede usar el principio detrás de la fibra óptica degradada y usar múltiples películas de materiales transparentes para guiar el láser a lo largo de la superficie del casco y redirigirlo. El gradiente tiene que ser tal que no importa en qué ángulo golpee el láser, funcionará.

La defensa más fácil contra un láser sería la gravedad artificial inducida por giro. Mueva la parte afectada del casco debajo del rayo lo suficientemente rápido para evitar daños duraderos o al menos evitar que los láseres de pulso perforen demasiado profundo. Piense en una espuma de carbono como capa exterior. O escapa del haz brillando e irradiando la energía, pero por lo demás está bien. O la estructura porosa ayuda a mantener el haz dentro de la capa de armadura.

Por supuesto, no deberías sentirte demasiado confiado cuando tus defensas te defiendan con éxito contra un láser sorprendentemente de baja potencia y mal enfocado. Eso sería un signo revelador de un rayo de partículas frías acoplado con láser , tallando su nave en un sacacorchos poco después.