Eficacia del fuego nuclear en el espacio

Se entiende bien que las naves antorcha son las naves espaciales más poderosas que conocemos sin inventar nueva física o handwavium. Moverse en la parte posterior de una llama nuclear es increíblemente rápido. Además, atacar algo con una llama nuclear es una obviedad ya que tanta energía de forma dirigida se derretirá a través de la armadura de tungsteno más gruesa con facilidad.

Pero, ¿qué pasa cuando algo ataca el extremo caliente de la nave antorcha? ¿Qué tan efectiva es la llama nuclear para derrotar cualquier tipo de ataque?

Tipos de ataque bajo consideración:

  • Haz: todos los tipos y longitudes de onda
  • Proyectil: Cinético
  • Explosivo: Químico, nuclear y antimateria

Especificaciones de la nave antorcha:

  • Contención de botella magnética
  • Empuje continuo
  • Salida de unidad de 4,5 teravatios
  • Masa húmeda: 1.000.000 kg
  • Masa Seca: 500.000 kg
  • Velocidad de escape: 3.000.000 m/s
  • Δ V : 2.000.000 m/s
  • Empuje: 290.000 N

(Especificaciones del barco robadas descaradamente del Proyecto Rho. Crédito donde se debe crédito).

Fuera del ámbito:

  • Cualquier ataque que no tenga que pasar por el sistema de accionamiento. Sé que atacar una nave antorcha desde cualquier otro ángulo la hará igual que cualquier otra nave espacial; No estoy interesado en eso.
Entonces puedo arrojar algo de termodinámica al problema, ¿cuáles son la tasa de flujo másico y la velocidad de escape?
@JoeKissling Agregué todo lo que pude. No sé las tasas de flujo de combustible.
¿Los ataques tienen que pasar por el escape? ¿Se consideraría en el alcance un ataque al motor desde el costado?
Una aceleración (eso es lo que es "ΔV") de 2M m/s aplastaría cualquier cosa dentro. (Sin, por supuesto, amortiguadores de inercia handwavium).
@RonJohn, Δ V es la capacidad del barco para cambiar de velocidad/dirección. El barco solo puede acelerar a 3 m/s^2. El hecho de que tenga 2M m/s delta-v no significa que lo use todo a la vez.
@RonJohn La aceleración es dv/dt, cambio de velocidad sobre el cambio de tiempo.
@sphennings, estoy específicamente interesado en el escape como medida defensiva. Atacar el motor desde un lado desactivará/destruirá la nave, pero eso ya lo sabía. Los ataques de materia sobre materia o energía sobre materia son bien conocidos.
@JoeKissling hay dos definiciones (relacionadas, pero diferentes) de ΔV: en.wikipedia.org/wiki/Delta-v y en.wikipedia.org/wiki/Delta-v_(physics) .
@RonJohn Y tampoco lo son la aceleración
@JoeKissling por supuesto que lo son. "En física general, delta-v es simplemente un cambio en la velocidad". Eso es... aceleración.
@RonJohn un cambio de velocidad es un cambio de velocidad. La aceleración requiere un componente de tiempo. Te lo demostraré: si paso de 1 kilómetro por segundo a diez kilómetros por segundo, ¿cuál es mi aceleración?
@JoeKissling "un cambio en la velocidad" (también conocido como ΔV) requiere ... tiempo (ese componente de tiempo pegajoso del que sigues quejándote). Si no me crees, lee los enlaces que te proporcioné. "Tiempo" se menciona por todas partes.
@RonJohn eso no hace Δ V aceleración
Demuéstralo con citas. (Ya he notado que hay dos definiciones relacionadas).
Una buena pregunta, ya que tiene dos respuestas contradictorias que he votado a favor. La clave aquí es agitar a mano el contenedor del propulsor de llamas. ¿Cómo se hace? Si está utilizando algún tipo de campo electromagnético para contener y dirigir el empuje, un dispositivo de interferencia, como un pulso EM, podría causar una brecha momentánea en el sistema de contención, haciendo que su motor explote su nave sin tener que golpearlo con cualquier cosa.
Sobre el tema delta-v, creo que la intención del autor de la pregunta es el presupuesto total delta-v de la nave. Es decir. cuánto combustible hay a bordo, medido en términos de aceleración, en lugar de cantidades de masa, que es más relevante para la discusión.
Puede que sea una mala analogía, pero en términos modernos, un SAM típico no podría derribar un avión comercial atacando el extremo caliente de un motor en funcionamiento. Ese fin está hecho para resistir fuerzas en la misma escala con la que explotaría el arma, la corriente de escape es lo suficientemente poderosa como para que el misil en sí sea redirigido lejos del motor, y si ocurriera una explosión sería forzado lejos del motor por el escape antes de que pudiera causar algo más que daños incidentales.
@ pojo-guy Er, ¿pero no es cierto que ningún SAM intenta volar hacia un motor en funcionamiento? Me parece que todos están diseñados para acercarse y luego explotar, donde el acercamiento generalmente no es tan cercano como para que el escape del chorro lo moleste particularmente, incluso si viniera de esa dirección. ¿No?
El análisis se realizó en respuesta a los intentos realizados en el Aeropuerto Internacional de Bagdad. Los motores a reacción de los aviones comerciales son mucho más grandes y pesados ​​(más robustos) que los de los aviones de combate. Las alas y el fuselaje son mucho más vulnerables que los motores. Esperaría que un ataque a una nave antorcha siguiera el patrón de atacar el fuselaje y salpicar los circuitos de control y actuadores con metralla, o ir tras la cabina si está expuesta, siguiendo el patrón de en.wikipedia.org/wiki/…
@Dronz, escuché cuentas en ambos sentidos. Uno en el que un misil aire-aire de hecho vuela por el tubo de escape de un enemigo y luego explota, pero también en el que el misil se acerca y explota al acercarse. Creo que lo último es lo más común, ya que acercarse es más fácil que golpear exactamente.

Respuestas (7)

No estás tan seguro como crees

Otras propiedades del barco.

La cámara de combustión no necesita estar hecha de ningún tipo de material imaginario. Las condiciones en las toberas de los cohetes actuales exceden fácilmente las propiedades materiales de la tobera, por lo que se toman medidas para protegerlas. El enfriamiento es el más grande, algunos usan los combustibles criogénicos a través de las boquillas como precalentamiento, otros usan una corriente de combustible para formar una capa entre la combustión y la boquilla.

Lo mismo podría hacerse con el fuego nuclear de una nave antorcha. El plasma en un reactor de fusión de prueba está contenido en poderosos campos magnéticos y se mantiene alejado de las paredes del contenedor. Se podría hacer lo mismo con la nave de la antorcha, alejar la reacción de las paredes de la cámara, agregar un poco de protección contra la radiación y un sistema de enfriamiento y listo.

Armas de rayos (para incluir energía dirigida)

Un haz de partículas cargadas podría fácilmente causar estragos en la reacción nuclear, es cierto que sería un desafío atravesar la corriente de escape, pero lo suficientemente enfocado podría pasar. Agregar partículas alfa a una reacción de fusión podría apagarla o provocar una reacción descontrolada. Las partículas beta también podrían causar problemas al cambiar la carga del plasma. La efectividad de esto depende de la magnitud de la contención magnética y su polarización. Un haz de neutrones también podría causar problemas, interfiriendo con la reacción y agregando una tonelada de energía adicional a la cámara a medida que se descomponen. Los iones más pesados ​​también interferirán con la reacción y dañarán físicamente la cámara de contención.

Elija su longitud de onda del láser y descargue mucha energía en él. Dependiendo del contenido de la reacción, algunas longitudes de onda pueden atravesarla y dañar las paredes de contención. Estoy pensando en rayos gamma de una magnitud que excede el diseño de la nave antorcha. Del mismo modo, algunas longitudes de onda pueden ser absorbidas por la reacción y exceder el diseño de la nave, supongo que las microondas . Los resultados pueden variar, pregunte a su ingeniero principal si tiene preguntas

Armas cinéticas

Cómic XKCD relevante .

Muévase lo suficientemente rápido y su proyectil cinético no se verá afectado por el fuego nuclear. Si el contacto con el calor es breve, el proyectil no tendrá tiempo de vaporizarse/ablacionarse. Veré si puedo aplicarle algo de termodinámica más adelante . Además, incluso si logras vaporizarlo, ahora tienes una nube de vapor con la energía del proyectil moviéndose hacia ti.

explosivos

Meterlos en la cámara es el problema principal. Atraviese la corriente de escape y su carga útil hará su trabajo.

XKCD no es relevante. Un rayo no tiene masa. Pero cuando su proyectil golpea algo con masa real (o más importante, impulso) se ralentizará. Del mismo modo, el láser no funcionará. La llama de la antorcha está altamente ionizada, es decir, un plasma. Los plasmas son excepcionalmente buenos para absorber la luz. No pensarías eso, dado que no se ven negros, pero con todos los electrones libres y débilmente unidos, siempre existe la opción de que un fotón pierda su energía. Solo calentarías el plasma, lo que significa que puedo bajar un poco el reactor. Sólo me estás ahorrando un poco de combustible.
@MSalters Por supuesto, un rayo tiene masa, el aire ionizado tiene masa. Sé bien que el proyectil se ralentizará un poco, pero también lo son las balas y funcionan bien. El plasma es bueno para absorber la luz, pero siempre puedes encontrar una longitud de onda que lo atraviese, es la misma forma en que los telescopios pueden ver en una nebulosa. Agregar calor a una reacción nuclear cuidadosamente controlada probablemente no sea tan bueno, especialmente si se hace de manera asimétrica.

Hay una diferencia monumental entre una explosión nuclear descontrolada y aprovecharla para la propulsión a largo plazo. Controlar tales incendios es complicado. ¡Es aún más complicado cuando un tonto enfermo decide tomar una nave antorcha aún más rápida y embestirla contra tu escape!

El tonto ciertamente no sobrevivirá al proceso, pero ahora tienes una situación complicada. Su sistema de propulsión bellamente controlado y cuidadosamente equilibrado ahora tiene otro sistema de propulsión nuclear abarrotado en su interior. Y, a medida que lo derrite con su fuego nuclear, comienza a comportarse cada vez menos como una nave antorcha y cada vez más como una bomba nuclear encajada en su tubo de escape. Todo lo que estaba equilibrado ahora está decididamente desequilibrado. Realmente quieres esa parte balanceada.

Y como dijo Munroe con respecto al extremo de escape de su nave espacial: "Este extremo debe apuntar hacia el suelo si desea ir al espacio. Si comienza a apuntar hacia el espacio, tiene un problema grave y no irá al espacio hoy". ."

Me encanta ese libro/póster/comic tanto.

Cualquier sistema de accionamiento tiene que ver con el control. Una nave antorcha vuela en una reacción nuclear controlada continua.

Probablemente la forma más sencilla de destruirlo es cortar ese control, disparar una carga significativa de material fisionable por el tubo contenido de tal manera que explote dentro del área restringida. Vierta demasiado combustible en el fuego.

En cuanto a cómo proteger su misil al entrar, use el mismo método que el propulsor en sí está contenido dentro de la nave. Cualquier cosa que pueda proteger a la nave contra su propia propulsión puede proteger un misil entrante contra la propulsión. La segunda parte se trata de equilibrar el propulsor del misil contra la fuerza de retorno del propulsor de la nave para que entre, pero ese es un problema solucionable.

Me gusta mucho esta idea, pero realmente depende de poder proteger el material fisible mientras vuela a través de la salida de alta energía del motor. Estamos hablando de superciencia aquí, pero no estoy seguro de que tal protección pueda reducirse de manera efectiva.
Me pregunto si incluso necesitas subirte a la tubería para que esto funcione. Creo que arrojar una gran cantidad de material fisible cerca del escape podría ser suficiente. El escape debe estar lo suficientemente caliente para desencadenar una reacción nuclear. La explosión nuclear crearía calor y presión en el punto de escape de la nave antorcha. Dado que el escape también es la "barra de control" principal para la reacción que impulsa el barco, una cantidad suficiente de presión en el escape debería respaldar todo el sistema. 1/2
Además, cualquier presión cerca del escape le dará a la nave algo para "empujar" también. Si la presión es constante, eso simplemente sacudiría el barco hacia adelante (a un ritmo potencialmente fatal). Si la presión en el escape es desigual, entonces la trayectoria de la nave sería impredecible (y en el espacio, eso tiende a significar muerte). 2/2
Además, JDługosz señaló que se puede usar un campo magnético para interferir con el campo de contención de la antorcha. Las detonaciones nucleares también crean EMP.
El calor por sí solo no desencadenará una reacción de fisión. Las bombas de fisión son disparadas por mecanismos cuidadosamente diseñados para mover o comprimir material fisionable en una masa crítica. "Cuidadosamente diseñado" porque el descuido separará el material y evitará la reacción.
@WGroleau, el motor de una nave antorcha ya es una reacción nuclear, ese es el punto aquí, ya está sentado en una reacción cuidadosamente controlada pero ya crítica con un lado abierto, todo lo que necesita hacer es desestabilizarlo.
Si se trata de una reacción de fisión, la adición de materia fisible a la masa puede aumentar la reacción. Pero el calor de la reacción existente no desencadenará una reacción en una masa no crítica.
El escape no tiene un límite definido. Kilómetros a su alrededor, todavía tienes partículas energéticas zigzagueando, y la densidad aumenta a medida que te acercas a la reacción activa. Su material fisible será irradiado previamente a medida que se acerque al núcleo. Si fue casi crítico al principio, se volverá crítico pronto. Y eso no será una criticidad controlada, como señala WGroleau. Es simplemente hacer estallar su misil, dispersando el material fisible en la corriente de escape.
@MSalters, eso se convierte en una cuestión de protección y control, para hacer funcionar el motor, entonces debe poder protegerse contra sus efectos, que se pueden usar en ambos sentidos.
@Separatrix: No realmente. El "blindaje" puede muy bien alejar la llama nuclear, de hecho, ese es el objetivo del motor. Pero un misil que alejaría la llama no podría acercarse a esa llama, más o menos por definición. La antigua acción=reacción aún se mantiene.
@MSalters, ponga un motor más grande en su misil, dispárelo a una velocidad más alta, como dije, es un problema solucionable.

Está hablando de un motor que produce 4,5 teravatios, de forma controlada, de forma continua . Eso es una catorceava parte de la energía de la bomba atómica lanzada sobre Hiroshima cada segundo. Un relámpago alcanza un máximo de alrededor de 1 teravatio, pero solo dura 30 microsegundos.

Estoy bastante seguro de que cualquier cosa que arrojes a la parte caliente de eso ni siquiera se registrará en comparación con lo que ha sido diseñado para contener.

En el caso de un proyectil o explosivo, se destruirá mucho antes de que esté dentro del alcance para volverse peligroso. Si es un láser, a menos que esté usando un láser de teravatios, no hará la diferencia. Eso requerirá alrededor de mil plantas de energía nuclear funcionando continuamente para alimentarlo.

¿Qué pasa con los rayos de energía? No ha considerado todos los tipos de ataques que menciona la pregunta.
@DonyorM A menos que esté usando un láser de teravatios, no hará la diferencia. Eso requerirá alrededor de mil plantas de energía nuclear funcionando continuamente para alimentarlo, por cierto.
Excelente. Incluiría una breve reseña en la respuesta. Algunos de nosotros realmente no sabemos cómo se compara un láser con otros tipos de energía.
Cualquier cosa lo suficientemente fuerte como para proteger la nave del motor también puede usarse para destruir el motor.
@DonyorM la pregunta asume una unidad de 4,5 teravatios. Un láser de 1TW es mucho menos extravagante en ese escenario.
@fectin: No, sigue siendo extravagante. El motor de 4,5 TW es terriblemente ineficiente. Es de 4,5 TW térmicos. Pero la energía nuclear es increíblemente densa en energía, por lo que la ineficiencia de conversión no es tan mala. Para que sea eficiente, necesita controlar la reacción, y eso lo lleva de regreso a las plantas de energía nuclear de clase GW para alimentar su láser. En el espacio, incluso, y eso significa que tienes un gran problema de refrigeración. 1 GW de energía nuclear también significa un GW de energía térmica alimentada a través de una turbina de vapor. ¿Cómo vas a condensar todo ese vapor? No hay ningún lago o río conveniente a la mano.

Aquí propongo dos tipos de ataques exóticos que podrían atravesar la antorcha nuclear y dañar la nave de la antorcha. Estos son adecuados solo para ciencia ficción basada en conceptos.

Veneno de fusión de materia oscura. Entiendo que "antorcha" significa un cohete impulsado por fusión: la masa se convierte en energía. La materia oscura no se ve afectada por la radiación electromagnética, por lo que un grupo de materia oscura debería poder atravesar la salida energética del motor de fusión.

¿La materia oscura tiene un gran impacto? ¿Sentiría un trozo de materia oscura cayendo sobre mi dedo del pie? No puedo encontrar la respuesta. Tal vez la materia oscura se mueva a través de la materia normal. Leí que, hasta donde se sabe, la materia oscura se preocupa por la gravedad y la fuerza débil.

Pero lo bueno para la nave antorcha (y un esfuerzo de ciencia ficción) sería un montón de materia oscura que interfiere con el motor de fusión. La fuerza débil media reacciones de fusión . Una bala de cañón de partículas oscuras que atraviesa la materia normal y luego interfiere con la fusión a través de la fuerza débil podría envenenar la reacción. Esto sería genial porque el resultado de un golpe exitoso sería que el motor se apagaría. O las personas que pueden disparar la bala de cañón pueden no estar seguras de lo que hará, y la disparan de todos modos. Otros resultados son posibles.

¿Cómo disparar una bala de cañón hecha de materia oscura? ¿Pistola de gravedad?

Ondas de gravedad.Estos también deberían ser impermeables a la salida del motor y casi todo lo demás. La perspectiva de generar ondas de gravedad bajo demanda parece desalentadora, pero si puede hacerlas (¿tal vez convertir un tipo de radiación electromagnética en otra?) Obedecerán las reglas que rigen otros tipos de EMR. Tienen energía y pueden hacer trabajo, lo que significa para mí que su energía debería atenuarse cuando hacen trabajo. ¿Podrías concentrarlos con una lente? En cualquier caso: las ondas de gravedad pueden viajar por el escape. ¿Y qué si lo hacen? Podría imaginar que una onda que reduzca fuertemente la distancia entre partículas aceleraría las interacciones entre esas partículas. Al igual que los vapores inflamables bajo presión explotan más violentamente, podría imaginar que un sustrato fusible comprimido repentinamente sufriría una fusión más violenta. En cambio,

Las ondas de gravedad tan fuertes también podrían tener efectos locales en el tiempo. Nuevamente, esto sería algo divertido de explorar en la escritura: las personas que pueden disparar ondas de gravedad como arma podrían esperar volar la nave de la antorcha, pero también podrían suceder otras cosas.

Si bien la materia oscura y las ondas de gravedad son cosas reales, la cantidad de energía requerida para producir suficiente de cualquiera de ellas para tener algún tipo de efecto destructivo probablemente destruiría todo lo demás en el mismo sistema solar. Es como tratar de matar a alguien con neutrinos, solo que más difícil. what-if.xkcd.com/73

Un campo magnético puede estropear la contención del soplete y hacer que el motor se estropee. Entonces, una explosión diseñada para producir un campo magnético momentáneo e increíblemente fuerte podría ser un arma.

Los neutrones libres son muy penetrantes porque no "sienten" los electrones como barreras sólidas como lo harían otros átomos, y los núcleos son objetivos muy pequeños. Un haz de neutrones disparado hacia el cohete atravesará la columna con gran eficiencia. Luego, los que logren bombardear el mecanismo del cohete , transmutando elementos y dañándolo. O simplemente la energía liberada a medida que algunos de ellos se descomponen en la proximidad de las piezas del motor causarán daños.

Considere un haz estrecho o una pastilla densa de antimateria. El escape del cohete es tenue, no sólido, por lo que solo una pequeña parte de la antimateria se erosionará del pasaje.

Estoy confundido. Los neutrones no interactúan con los electrones. Los neutrones pueden chocar con partículas de escape que pueden incluir protones, electrones. neutrones *sí también) y energía radiante (fotones). Los protones o los electrones interactuarán entre sí, por lo que quizás su haz podría ser un protón o un haz de electrones en lugar de un haz de neutrones RE sus interacciones con los electrones de escape. Aparte de eso, un haz de neutrones podría usarse contra el motor de una nave antorcha.
La razón por la que los átomos son duros y sólidos es la interacción de exclusión de Pauli en los electrones enlazados. Los neutrones sentirán el magnetismo, pero por lo demás ignorarán a los electrones. Golpear un núcleo es un objetivo muy pequeño.
¡Ay! La dispersión magnética de neutrones tiene sentido. Decir que "golpear un núcleo es un objetivo muy pequeño" es una sobrestimación colosal. Hace una larga fila de muy 's para acercarse. Estaba analizando las colisiones de partículas para averiguar en qué podrías haber estado pensando. Tu edición mejoró tu respuesta.

Dado que los impulsores de antorcha están hechos de unobtanium, una cantidad suficiente de penetradores KE de unobtanium de tamaño y velocidad suficientes, dirigidos a la cámara de empuje del impulsor, podría dañar el impulsor y causar una explosión.

EDITAR: el unobtanium tiene la asombrosa propiedad de ser tan fuerte y resistente a la temperatura como yo quiero que sea. Por lo tanto, dado que es más fácil romper cosas que construirlas, los penetradores KE de unobtanium serían naturalmente capaces de romper naves antorcha.

Eficacia del fuego nuclear en el espacio
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