Estoy creando un universo de ciencia ficción con un amigo y me he encontrado con un pequeño problema. Estamos intentando crear una civilización militarizada de tipo 2~3 en la que el arma principal de una determinada nave espacial sea un cañón de riel o un cañón de bobina, la nave espacial asesina de planetas tiene más de 180 km de longitud. Quiero que esta nave pueda acabar con la vida en un planeta no gaseoso del tamaño de Júpiter (sin destruir completamente el planeta hasta el punto de superar la energía de enlace gravitacional).
¿Existe una longitud máxima de riel para un cañón/cañón de riel hasta que se vuelven ineficaces? ¿Sería suficiente un valor de 100 km? El proyectil es un cilindro de 1 km de diámetro y 2 km de longitud. Con esta longitud, ¿sería mejor un cañón de bobina para acelerar el proyectil a la velocidad requerida? ¿Tendría sentido una velocidad de salida del 70% al 80% de la velocidad de la luz? o derretiría cualquier proyectil si fuera un cañón de riel. Suponga una fuente de alimentación infinitamente grande. Cualquier fórmula o número es útil.
gracias.
Dimensiones máximas de cañones de riel y cañones de bobina para naves espaciales
No se trata de las dimensiones máximas del arma; se trata más de justificar posteriormente su diseño existente. Ya has decidido que los buques de guerra de 180 km de eslora son una cosa, por ejemplo, y que también estarán sujetos a todo tipo de fuerzas interesantes y problemas de construcción. También hay una diferencia crítica entre "¿ Es justificable mi solución a este problema? " y "¿ Cuál es la mejor manera de resolver este problema? " y no puedo evitar sentir que si hiciera la segunda pregunta obtendría una muchas más respuestas, y también serían mucho más interesantes.
Anyhoo, suficiente con el gruñón quisquilloso. Y disculpas por el wall-o-text... esto creció un poco en la respuesta :-( Hay un arma alternativa sugerida en el historial de edición, pero ya hay demasiado desplazamiento aquí, así que lo eliminé.
TL; DR: tu arma es inverosímil y mágica, y como tal puedes agitarla con la mano para que sea literalmente lo que quieras.
¿Existe una longitud máxima de riel para un cañón/cañón de riel hasta que se vuelven ineficaces?
A medida que la longitud de cualquier cosa aumenta demasiado, surgen problemas de rigidez. Los materiales increíblemente rígidos en la escala de un metro se comportarán como fideos ondulantes en la escala de cien metros. Los rieles de los cañones de riel están sujetos a intensas fuerzas de flexión y deformación, por lo que un cañón de riel muy largo como el suyo podría tener serios problemas para mantenerse suave y recto... y no hacerlo al disparar un proyectil relativista será muy, muy malo para su planeta. asesino.
Además, los rieles estarán sujetos a un intenso calentamiento por el arco de plasma que se forma detrás del proyectil. Dada la potencia de su arma, este arco parecerá una eyección de masa coronal. ¡Buena suerte manteniendo intactos los rieles y, de hecho, el barco!
¿Sería suficiente un valor de 100 km? El proyectil es un cilindro de 1 km de diámetro y 2 km de longitud. Con esta longitud, ¿sería mejor un cañón de bobina para acelerar el proyectil a la velocidad requerida?
Dada la velocidad inicial solicitada, está solicitando aceleraciones del orden de 2,5x10 11 m/s 2 ... eso es como la gravedad superficial de una estrella de neutrones.
Me doy cuenta de que los prototipos de cañones helicoidales han manejado aceleraciones un poco como esta (aunque algunos órdenes de magnitud más bajas) en distancias cortas, pero me doy cuenta de que se trataba de proyectiles muy pequeños que se aceleraban durante períodos de tiempo extremadamente cortos, ¡no armas disparando asteroides relativistas!
Entonces, para responder a su pregunta específica, un cañón de bobina sería mejor que un cañón de riel. Pero realmente, lo que estás pidiendo aquí es magia . Está hecho de handwavium puro... incluso lo ha admitido con su fuente de alimentación. Como tal, simplemente no describiría cómo funciona el arma, ni siquiera el principio que utiliza. Está tan lejos de nuestra propia tecnología que nadie puede saber cómo sería un dispositivo de este tipo o cómo funcionaría. ¡Conserve su detalle para donde importa!
¿Tendría sentido una velocidad de salida del 70% al 80% de la velocidad de la luz?
Imaginemos un proyectil de baja densidad, digamos ~1000 kg/m 3 , por lo que es un poco como el hielo. Tiene una masa de alrededor de 1.56x10 12 kg, y debería haber muchos asteroides o lunas heladas disponibles para obtener la materia.
El factor de Lorentz al 75 % de la velocidad de la luz es ~1,5, por lo que no podemos ignorar los efectos relativistas. Desglosando la ecuación de energía cinética relativista , podemos ver que su proyectil tiene una energía cinética de ~7.23x10 28 J. Esto es menor que la energía de enlace gravitacional de la Tierra (~2.4x10 32 J) pero bastante cercana a la del moon (1.2x10 29 J) por lo que está en el límite superior de las velocidades de salida si no desea reducir los planetas más pequeños a cinturones de asteroides.
Usted pidió algunos números y fórmulas, así que aquí hay algunos.
La aproximación de Luke Campbell para el rendimiento del cañón de bobina modela un cañón de bobina como un dispositivo que convierte la energía del campo magnético en el cañón de una pistola en energía cinética. Dada una energía cinética de ~7.23x10 28 J y el volumen barrido por su proyectil en el cañón, puede ver que necesita una densidad de energía de ~9.2x10 17 J/m 3 para entregar suficiente energía a su proyectil . La fórmula para la densidad de energía de un campo magnético. , dónde es la intensidad de campo y es la permeabilidad del espacio libre . Alimentando la densidad de energía requerida nuevamente, mostrará que necesita una fuerza de campo magnético de aproximadamente 1.08x10 6 tesla.
Este es el tipo de intensidad de campo asociado con la superficie de una estrella de neutrones , y será bastante peligroso para cualquier cosa hecha de materia regular. Probablemente destruirá enlaces atómicos y estructuras cristalinas. También es mucho más alto que la fuerza del campo magnético crítico de cualquier superconductor plausible, lo que significa que no puede usar electroimanes superconductores para impulsar su pistola de bobina, y los electroimanes no superconductores tendrán que disipar los niveles de energía de las llamaradas solares cuando su arma dispare. , probablemente haciendo volar tu nave en pedazos. No voy a entrar en las tensiones del aroejercido sobre sus imanes, o considere la gran masa de refuerzo que necesitaría el arma para evitar estallar tan pronto como se encendieran los imanes, ¡pero tenga la seguridad de que este es otro problema casi insuperable!
Como Knowads mencionó anteriormente, la fuerza ejercida por un cañón de riel en su armadura se describe por dónde es la corriente que fluye a través de la armadura, es la longitud de los rieles y es la fuerza del campo magnético.
Dada una aceleración requerida de 2.5x10 11 m/s 2 , el proyectil del cilindro de hielo necesita que se le aplique una fuerza de ~3.97x10 23 N (que debe aplicarse con cuidado ... si solo tratara de empujar el proyectil ejerza una presión de >5x10 17 pascales, que es tantos órdenes de magnitud más alta que cualquier fuerza de enlace molecular plausible que convertiría el proyectil en polvo en un instante). De todos modos, introducir esa fuerza en la ecuación force-onna-wire te da ~3.97x10 18 amp-teslas. Eso significa que necesitará al menos una corriente de 40MA si puede organizar un campo magnético de fuerza magnetar.(¡y lea la descripción de lo que eso le hace a los átomos normales!). Para un campo más débil, como uno asociado con una estrella de neutrones regular, necesita tera-amperios de corriente, y Google no está mostrando ningún uso real de una unidad tan ridícula para mí.
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