¿Distancias de batalla espacial realistas?

Tienes que pensar en el hecho de que la guerra espacial es de 6 dimensiones. Posiciones X, Y, Z y velocidades Vx, Vy, Vz. El conjunto de posibles posiciones futuras de una nave espacial es una bocina exponencial de apertura. (En realidad, algo más complejo que un cuerno).

Desea configurar una hoja de cálculo con las ecuaciones de velocidad, distancia y aceleración.

Debe decidir cuánto dura la envolvente de vuelo propulsado para sus misiles. En los libros de Honorverse de Weber, los misiles al principio tienen una aceleración de unos 8.000 gy un tiempo de combustión de unos 3 minutos. Esto les da una autonomía medida en millones de km. Más adelante en la serie, los misiles mejoran. En general, la carrera armamentista forma un hilo interesante que recorre la serie.

Weber no usa mucho la opción de vuelo gratis. Pero considere un arma que fuera lo suficientemente inteligente como para dejarla atrás o para dar vueltas alrededor del objetivo. O considere un misil que podría recuperarse si no da en el blanco.

Debes decidir qué tan inteligentes son los misiles. ¿Tienen un radar de cambio de frecuencia para que la interferencia sea más difícil? Pulsos etiquetados para que cada misil conozca sus propias señales de retorno de radar. Una versión algo más ligera que se adelanta al resto como bloqueadores electrónicos para el bombardeo principal más lento. ¿Tienen láseres de rayos X bombeados por bombas para aumentar su radio de muerte?

Mucho depende de las contramedidas electrónicas. Por ejemplo, cuando un cañón de riel lanza una bala, ¿está cubierta con una capa absorbente de radar? ¿A qué distancia puede el enemigo detectar el pulso magnético del disparo? ¿A qué distancia pueden detectar el caparazón? ¿Los cañones de riel arrojan proyectiles explosivos? ¿Cuál es su radio de efecto? ¿Igual que los misiles?

Los misiles son más fáciles de detectar debido a la columna de escape. Ver uno te da un punto de mira para rastrear el radar. Pero considere un misil que se reinicie. Acelera durante 20 s, a 650 m/s, por lo que ahora va a 13 km/s. En esta etapa arroja una nube asimétrica de objetos que tienen la misma sección transversal de radar. Suponga que se lanzan hacia los lados a 1 km/s. Ahora tu nave objetivo tiene que averiguar cuál es real. Mientras la computadora de seguimiento del objetivo tiene ataques, 20 segundos después, el grupo de señuelos tiene 40 km de ancho. En esos mismos 20 segundos tu misil ha recorrido otros 260 km. Ahora, a solo 2 segundos del objetivo, el misil reinicia sus motores y realiza la carrera final.

Entonces, los misiles tienen una envolvente de objetivo medida en cientos de km con un tiempo de combustión de 20 a 30 segundos.

El Vulcan Phalanx en los portaaviones lanza proyectiles a una velocidad increíble, y el radar del director de fuego rastrea los proyectiles salientes para refinar la solución. Dispara 90 rondas por segundo a una velocidad de 1,1 km/s, por lo que para un objetivo a 2 km de distancia hay unas 160 rondas en vuelo. Utiliza una carcasa de 20 mm. Este, creo, es el papel de su cañón de riel. Apunta a los misiles entrantes e intenta destruirlos a una distancia de unos 20 km. Si pudiera disparar, digamos 5 rondas por segundo usando una cantidad del mismo tamaño de proyectil que usó la artillería antiaérea de la Segunda Guerra Mundial, pero variando ligeramente la velocidad inicial para que una ráfaga de 4 segundos llegara al objetivo al mismo tiempo. Además, el objetivo final se modificaría para que la cobertura incluyera el espacio donde el misil entrante podría evadir, explotarían al mismo tiempo, creando una pared de metralla.

https://en.wikipedia.org/wiki/Phalanx_CIWS

Los cañones de riel no importan hasta que estés muy cerca. Si el radio de destrucción de la ojiva es de 10 km, no querrás que explote a menos de 20 km de ti. Entonces, si tuviera un envolvente de compromiso óptimo para RG de 40 km, eso significa que tiene un tiempo de viaje de 8 segundos. El barco objetivo tiene que cambiar su ruta 10 km en 8 segundos. Eso requeriría una quema de 12G de 8 segundos en ángulo recto con el curso actual. Empujándolo.

Pero si el tiempo de ciclo de un RG es de 5 minutos, entonces se convierte en un juego de seguimiento cuando el oponente disparó por última vez. 300 segundos a 5 g (50 m/seg2) son 1,5 kps. En ese tiempo 1/2 at2 = 25 * 90 000 = 2400 km. Mucho tiempo para acercarse lo suficiente

No creo que los cañones de riel importen inicialmente.

¿Son cañones de riel en torretas, como un acorazado moderno, o son esencialmente fijos, como el cazador de arco en una fragata de 1800?

Los cañones de riel pueden usarse mejor como defensa antimisiles.

Aquí hay un desglose rápido con sus valores enumerados, sin entrar en especulaciones o teorías más profundas.

Suponga que dos barcos se apuntan entre sí y están a punto de disparar. ¿Qué tan cerca pueden estar y aun así esquivar un disparo entrante?

Si asumimos que los barcos son cilindros con un radio de 10 metros y están estacionarios entre sí, podemos usar la ecuación de Distancia de Distancia = 1/2 * Aceleración * Tiempo ^ 2 + Velocidad Inicial * Tiempo. La nave debe poder moverse 10 metros en cualquier dirección para esquivar un disparo y puede maniobrar con 20 m/s^2 de aceleración.

Entonces eso resuelve Tiempo = sqrt (2 * Distancia/Aceleración + 0) = sqrt (2 * 10/20) = sqrt (1) = 1 segundo.

Tienes 1 segundo para esquivar un disparo entrante con tus propulsores de maniobra.

Eso significa que si el enemigo está a punto de lanzar un proyectil con una velocidad de 7500 m/s, puedes estar a unos 7500 metros de distancia y todavía tienes tiempo para esquivar. Si necesita un segundo adicional para detectar la ronda, planificar y trazar maniobras evasivas y ponerse en movimiento, entonces puede participar en alrededor de ~ 15 kilómetros.

No lo sabrá hasta que los vuele

Como se ha mencionado anteriormente, una nave de un tamaño arbitrario (10 metros de radio y cilíndrico) sería capaz de esquivar tus armas a unos 7.500 metros siempre que tuviera 1 segundo de aviso. Pero hay algunos problemas con este (excelente) cálculo de "secnario perfecto" que está fuera de su alcance.

1: No es un universo perfecto. Estas cosas parecen simples, pero como dijo Clausewitz, "En la guerra, las cosas simples son difíciles" (¡Bebe!) ¿Tus barcos son piloteados por humanos? Es posible que sus tiempos de reacción no sean lo suficientemente rápidos como para esquivarlos, y solo se necesita un error para tener un día muy malo. ¿Ordenadores? Sus sensores pueden ser engañados por interferencias/señuelos ofensivos. Tal vez tengas programado un "chanking" algorítmico. Pero entonces, por supuesto, el enemigo trataría de descifrar nuestros patrones, y con las computadoras siempre hay un patrón. Para mitigar eso, tal vez su rango de participación "ideal" no sea tan cercano como pensaría. Después de todo, si puedes golpear a tu enemigo el 99 % de las veces a 7500 metros, ¡tu enemigo también puede golpearte a TI el 99 % de las veces a esa distancia! Por ejemplo, antes de la Primera Guerra Mundial, los barcos Big Gun (es decir, cruceros blindados y más grandes) se habían entrenado para luchar en enfrentamientos a aproximadamente 2/3 de su velocidad máxima (porque la velocidad máxima implicaba explosiones ocasionales en las salas de máquinas si no tenía suerte y la gente pensaba que los capitanes no arriesgarían el velocidad adicional con la posibilidad de morir en el agua en una pelea) y en guardabosques de aproximadamente 10,000 yardas, a pesar de que las armas tienen rangos mucho más largos. ¡Pues estalló la guerra y tú qué sabes! Los capitanes y los almirantes fueron lo más rápido que pudieron y mantuvieron el alcance máximo de sus armas (hasta 20 000 yardas en algunos casos, ¡el doble de lo teórico!) ¡porque no querían sufrir pérdidas! También hay algunos casos excelentes en los que un escuadrón mantendría el alcance en SU ​​máximo (digamos, 16, 000 yardas) porque a pesar de que eran más precisos en distancias más cortas, las armas del enemigo solo llegaban a 14,000 yardas, entonces, ¿por qué recibir disparos de vuelta? Dadas dos flotas igualmente equipadas, es probable que el rango de enfrentamiento sea lo más lejano posible, con la flota más inexperta tratando de acercarse (un comandante agresivo, tratando de llegar a donde puede devolver el fuego incluso si sufre más pérdidas) o se mantiene alejado (un comandante cauteloso, tratando de minimizar su propio daño y esperando obtener golpes de suerte en el enemigo).

2: Armadura. Seguro que puede ser alcanzado por un cañón de riel o un misil de un destructor, pero ¿a tu acorazado realmente le importa eso? Si es así, ¿por qué tener un acorazado? Las ecuaciones de velocidad vs blindaje en todas sus naves dictarán diferentes rangos de compromiso preferidos. Si pueden hacer caso omiso de múltiples impactos de misiles, no les importará entrar en rangos donde serán alcanzados, pero pueden lanzar ataques devastadores ellos mismos. Si no pueden sobrevivir ni un solo golpe, se mantendrán lo más lejos posible para maximizar su propia supervivencia.

3: Armamentos. ¿Tu acorazado lleva misiles más grandes que tus destructores? ¿O simplemente más? ¿Tiene suficientes lanzadores para abrumar la defensa puntual de los barcos más pequeños a distancia, prefiriendo así un ataque de "distanciamiento" en comparación con los barcos más pequeños que DEBEN lanzar más cerca para que sus ojivas atraviesen las contramedidas enemigas? ¿O simplemente más misiles, lo que le permite mantener los enfrentamientos durante un período más largo? ¿Tiene una flota diferentes enfoques doctrinales? Por ejemplo, si una flota decide que la economía de la fuerza es primordial, podría ordenar a los destructores que realicen recorridos individuales de acercamiento, confiando en su mayor maniobrabilidad para realizar ataques de 1 disparo/1 muerte mientras evitan el fuego enemigo. Mientras que otra flota equipada de manera similar podría decidir que el trabajo principal de un barco es no explotar y hacer que sus destructores ataquen al alcance máximo,

4: Contramedidas. ¿Qué tan buenos son realmente? ¿El lanzamiento de 1 chaff garantiza que todos los misiles dentro de los X segundos del impacto fallen? ¿O siempre falsifica un misil para que falte pero se ve abrumado por múltiples lanzamientos? ¿Los barcos llevan más paja que misiles? ¿Es sólo un 50% efectivo? 20%? 90? Todo eso también dictará los rangos de compromiso. Si sé que tengo 60 cargas de paja y que detendrán el 99 % de 1 misil por lanzamiento, me siento muy bien acercándome a un destructor de 30 misiles para asegurarme de que mis propios misiles funcionen. O tal vez prescindir por completo de los misiles con mi gran acorazado inmune a los destructores de cañones de riel y volar ese destructor con mis cañones de riel. ¿Chaff solo tiene un 20% de efectividad? Esa es una esperanza, no una estrategia, y mantengo un largo alcance y lanzo chaff como una adición a esquivar, no como un reemplazo.

No estoy tratando de arruinar su desfile diciendo todo esto, solo estoy señalando que un rango de compromiso realista tiene MUCHAS más variables que solo hacer matemáticas sobre qué tan rápido algo puede girar o acelerar.

Muy cerca.

No tienes láseres ofensivos. Todas tus armas son subluminales. Tiene láseres y radares y presumiblemente otras técnicas sensoriales EMR. Eso significa que puede detectar proyectiles entrantes a distancia y anularlos o desviarlos con sus propios proyectiles. No tendrás que esquivar. Esas defensas son consecuencia de defensas más antiguas contra los meteroides y, por lo tanto, son maduras y efectivas. Es difícil pasar. La pregunta es qué tan rápido puede detectar la entrada y disparar una ronda de cañón de riel defensivo.

La solución ofensiva es acercarse lo suficiente como para que no haya tiempo para la detección/desvío de un proyectil. A tales distancias, las operaciones de abordaje también se vuelven realistas.

Los misiles con una capacidad de eliminación de zona de 10 km mantendrán los rangos de al menos 10 km (y probablemente mucho más, ya que desea estar fuera del rango de daño, no solo de la zona de eliminación), hasta que las revistas de todos se agoten porque no puede enfréntate a ellos a distancias menores de 10 km sin que maten a las naves que los lanzan. Si esos misiles pueden merodear, apagarse y permanecer en el campo de batalla sin ser detectados hasta que haya un buen objetivo disponible, entonces cerrar el rango de combate después de que todos hayan sido disparados se vuelve suicida a menos y hasta que pueda contabilizar positivamente todas las municiones autoguiadas lanzadas por la oposición, y tal vez la tuya también, dependiendo de lo inteligentes que sean.

Dado que los cañones de riel son aceleradores lineales, el diseño de nave más lógico es un cilindro largo con un pesado cinturón blindado delante rodeado de propulsores de maniobra. Motores principales a popa con baterías de misiles de fuego laterales a su alrededor. Frente a frente, incluso a distancias muy bajas, es posible que estos barcos no reciban un golpe, pero MUCHO depende de los datos sensoriales y las tolerancias mínimas.

Por ejemplo, ¿tu sistema sensorial es lo suficientemente bueno como para decirte que tu oponente está cargando los condensadores de sus armas principales o tienes el phreaking de Van Eck lo suficientemente bueno como para saber dónde se dirige un tiro y cuándo se disparará?

En términos de tolerancias, el cambio de vector mínimo que el barco y sus armas pueden atravesar, porque habrá uno, que afectará masivamente las tolerancias de precisión del arma y también las ventanas de disparo. Puede pensar que sus armas están en el punto cuando está a 0,01 ° de distancia, lo que no es mucho cuando la boca toca el objetivo, pero está a más de dos metros y medio a 1 km.

Un par de naves con sistemas sensoriales deficientes y tolerancias mínimas altas frente a frente a 100 m con proyectiles de fuego desplazados en 1 ° con un diámetro de 1 m más o menos simultáneamente, los dos proyectiles chocan entre sí produciendo una nube de plasma y metralla. pero ninguno de ellos acertó directamente en el blanco, y eso es sin que ninguno de los dos barcos trate de esquivarlo.

Entonces, la respuesta es que el rango de ataque del cañón de riel será lo más cercano posible, con muchas maniobras para tratar de obtener intercepciones de disparo de sección transversal alta, por ejemplo, cruzar la T regresa a su propio lugar. Los cañones de riel solo se usarán DESPUÉS de que todos se hayan quedado sin misiles y los grupos de batalla hayan abandonado su alcance desde el área de lanzamiento o hayan eliminado definitivamente la amenaza. Los rangos óptimos para disparar al pasar dependerán del tamaño exacto de la sección transversal de las embarcaciones y de los conos de disparo de los cañones de riel que se utilicen.

Creo que cualquier nave espacial que intente luchar entre sí se acercará a una distancia cercana. Más allá de un solo segundo luz, te encuentras con complicaciones que hacen imposible cualquier forma de combate, especialmente con armas más lentas que la luz.

Digamos que disparas un misil a una nave enemiga, desde diez minutos luz de distancia, esa nave enemiga ve que disparaste un misil hace diez minutos y debido a que ese misil es mucho más lento que la luz, la nave enemiga todavía tiene mucho tiempo para corregirlo. para esquivarlo. Entonces, a menos que esté dentro de un segundo luz, cualquier pelea se verá como Neo esquivando los disparos de Matrix, especialmente si su proyectil más rápido solo puede alcanzar 0.000025 de la velocidad de la luz.

Los cañones de riel son prácticamente la mejor arma espacial de largo alcance debido a lo rápido que pueden ir, la única forma en que puedes hacerlo mejor es con láseres. Entonces, la única forma en que puedo ver los enfrentamientos de largo alcance sería como un francotirador que elimina las naves enemigas, y si tiene tecnología sigilosa para sus proyectiles, eso podría funcionar. Pero si su proyectil más rápido todavía tarda más de una hora en alcanzar el objetivo en un segundo luz, su única esperanza es acercarse, vaciar el cargador y correr.

No hay suficiente información aquí para responder la pregunta. Para abordarlo debemos mirar a los videojuegos, específicamente, el concepto de daño por segundo, a menudo llamado DPS. Nunca he jugado un juego donde el rango es un factor apreciable, pero en este escenario lo es.

Para cada rango posible (tendrá que elegir algún intervalo para calcularlo) coloque las flotas separadas por esa distancia. Calcule que cada disparo es un punto de daño, multiplicado por la posibilidad de que realmente apunte lo suficientemente bien y multiplicado por la posibilidad de que el enemigo no pueda evadir/interceptar el disparo. Haz el mismo cálculo para el enemigo. Ahora calcule la relación entre su daño y el daño de ellos: su rango de compromiso ideal es el rango donde esta relación es más alta.

Tenga en cuenta que si supera al enemigo, esta proporción es infinita en todos los rangos más allá de su rango máximo. (Sí, puede haber rangos máximos en las armas. Considere el Honorverse mencionado anteriormente . El rendimiento de los misiles supera ampliamente el rendimiento de la nave, la evasión no es posible y nadie lo intenta de manera significativa. Sin embargo, una vez que el propulsor de un misil se quema es balístico, no tiene rendimiento. Muévase más allá de su rango de separación y es inofensivo, o simplemente oriente su nave correctamente y no puede atacar (las naves Honorverse tienen escudos superiores e inferiores completamente invulnerables). )

Para hacer las cosas más complejas, debe agregar velocidad a la imagen. El hecho de que esté en su rango ideal ahora no significa que pueda permanecer en ese rango. (Una vez más, pensando en las novelas de Honorverse , hay múltiples batallas al principio de la serie en las que un bando se lanza porque saben que son inferiores en misiles pero superiores en láseres; sufrirán pérdidas mientras se acercan, pero las batallas láser son decisivo Luego, más adelante en la serie, hay algunas peleas en las que alguien cree que puede hacer esto y aprende de la manera más difícil cuán obsoletos son sus barcos).

Luego, para complicar aún más las cosas, es posible que tenga una situación en la que tener diferentes barcos en diferentes rangos podría ser superior. Esto solo es viable si interceptar objetos no es una parte importante de la batalla, por lo que los barcos más avanzados no necesitan la cobertura de defensa de los barcos que no se acercan tanto.

Además, ¿cuánta munición llevas? ¿Tienes que conservar la munición durante la batalla, solo disparando tiros de alta probabilidad, o simplemente puedes abrir fuego tan pronto como puedas acertar? El primer caso hace que los cálculos de daños sean aún más difíciles.

¿La agrupación es una estrategia viable? Esas pequeñas naves maniobrables son buenas para salir del camino de ese rango letal de 10 km en los misiles, pero ¿qué pasa si disparas 6 de ellos, cada uno configurado para pasar 10 km del objetivo, espaciado cada 60 grados alrededor de él? Vaya, ahora tienes que moverte casi 20 km para salir del rango letal. Si la defensa proviene de la intercepción, ¿qué tan buenos son los barcos para interceptar entradas dirigidas a otro barco? (Estoy pensando en jugar Harpoon hace mucho tiempo: si pudieras perforar el radar aerotransportado de una flota, podrías eliminar los barcos exteriores capa por capa con muy poco fuego defensivo, ya que cada barco ahora estaba solo y, en el mejor de los casos, solo tenía una ronda de fuego defensivo.)

Vas a necesitar mucha potencia informática para simular todas estas opciones y sin eso no tienes una respuesta.

Lo que debe considerar es la cantidad de combustible que lleva un misil y su tiempo de vuelo propulsado. Como muchos han señalado antes, un misil sin motor puede ser derribado fácilmente por fuego de cañón de riel. Pero con un radio de destrucción de 10 km, los misiles podrían explotar fuera del alcance del PDC y seguir siendo efectivos. Aunque deben poder maniobrar para evitar ser derribados, necesitan tener combustible hasta que detonen. También puede usar misiles como contramisiles. Con un radio de muerte de 10k, eso sería bastante efectivo. Potencialmente, podría acelerar misiles con tubos de lanzamiento electromagnéticos, por lo que el disparo no es tan fácil de detectar y hacer que vuelen sin potencia en un patrón amplio, hasta que estén más cerca del enemigo. Luego, todos encienden sus propulsores simultáneamente, golpeando desde diferentes ángulos, tratando de abrumar las defensas antimisiles de los enemigos.

Imagino que se iniciaría una batalla a una distancia extrema. Dependiendo del alcance de sus misiles, cientos o incluso miles de kilómetros. Cada lado disparará misiles y contramisiles, lo más rápido posible, tratando de abrumar la defensa antimisiles de los otros lados. Luego, si se quedan sin misiles y aún quieren atacar, o si el alcance cae por debajo de los 10 km, se convertirá en una pelea de cañones de riel.