Entendiendo el campo de dispersión

Preludio

En una discusión reciente , el usuario jmb publicó la siguiente respuesta:

El barco es mucho más grande que un tripulante/combatiente; si el blindaje del casco incorpora algún tipo de dispersión activa (cualquier tipo de física de "campo" que tenga sentido en su mundo) que distribuye la energía cinética de un pequeño impacto en toda el área/volumen/masa del material del casco (y posiblemente un adicional hundimiento masivo en algún lugar de la nave) se necesitaría una cantidad desmesurada de energía incluso para rayar el casco, pero un traje de combate con tecnología comparable solo podría extender el impacto sobre su propia área, inclinando mucho la balanza. Whipple shield 2.0, necesita un nombre más pegadizo.

Por alguna razón, esto se quedó atascado en mi cabeza, e incluso podría estar abriéndose camino en mi historia para NaNoWriMo (dependiendo del resultado de la discusión aquí, y si jmb está de acuerdo con que lo use).

Pregunta

Imaginemos algún tipo de dispositivo o campo que permita esparcir energía sobre una superficie más grande. Quiero usar esto para blindaje de naves espaciales. Me imagino que el escudo perfecto distribuiría el impacto de, por ejemplo, un pequeño micrometeorito de manera uniforme en toda la superficie de una nave espacial. Puedo ver muy bien lo que sucede si algo pequeño golpea la nave: simplemente rebota en la armadura (todavía necesaria). Aquí hay algunos parámetros más: El sistema está siempre encendido. El sistema puede manejar cantidades muy grandes de energía. Lo suficiente como para que la nave se destruya mucho antes de que el sistema no pueda dispersar la energía.

La pregunta tiene dos partes, en realidad:

1) ¿Existen conceptos o ideas en la física de la vida real que respalden algo como esto? No necesita ser una explicación perfecta, y no tiene que ser un escudo, tampoco necesita ser aplicable a cada forma de energía entrante (nuestro "escudo" bien podría consistir en varios subsistemas, uno contra láseres, uno contra balas, etc....). Solo quiero algo para reducir el ondulado manual a un nivel aceptable.

2) ¿Qué pasaría realmente si el sistema se enfrenta a una energía realmente grande, por ejemplo, al impactar contra un asteroide a una velocidad muy alta? Tendría suficiente energía para dañar la armadura, incluso después de la dispersión, pero no la suficiente para pulverizar la nave. (El nivel de energía "estamos recibiendo daño"). ¿"Abollaría" la armadura por todas partes, arrancaría las placas de armadura por todo el barco? ¿O es un sistema binario? ¿Sin daños o destrucción total? Realmente no puedo imaginar lo que sucede en estos "niveles" de energía. Estoy pensando en algo similar a lo que sucede cuando un submarino se sumerge demasiado profundo.

Fuentes

Hay una especie de comportamiento similar cuando se aplica calor (a diferencia del daño) a un superfluido, en particular helio . Debido a que la conductividad térmica es tan alta, esencialmente no puede evaporar una sección sin que todo disipe el calor de manera uniforme. Todavía es técnicamente posible evaporar una sección, simplemente ridículamente difícil. En este caso, el cambio incremental es solo calentar en masa hasta que abandona completamente el estado superfluido.
El "campo Langston" del universo ficticio CoDominium de Jerry Pournell tiene muchos de los atributos que usted sugiere, aunque también hay un elemento de tiempo, cantidades extremas de energía entregadas al campo se "quemarán" en algunos lugares, y hay un cantidad máxima de energía que el campo puede absorber antes de implosionar, destruyendo el generador y la nave con él.
Ver esta respuesta para una idea.

Respuestas (3)

Mi respuesta para supermateriales es algo que podría usarse. De hecho, esta variación fue respondida bajo escudos de energía de ciencia ficción dura .

Pequeños fragmentos de materia se mantienen en su lugar mediante el magnetismo. Cualquier impacto no romperá ni destruirá un grano diminuto, ya que no tiene mucha inercia. Los granos que fueron golpeados acelerarán alejándose de su estación. Gracias a la naturaleza de los superconductores, el movimiento inducirá corrientes y esto reforzará el poder que los une. En su variante, la energía se comparte entre todos los enlaces, evitando que se sobrecargue el superconductor en cualquier lugar. El sistema de control alimenta energía adicional a los enlaces para amortiguar las interrupciones y devolver todo a su posición correcta.

Si los nodos son del tamaño de moléculas grandes en lugar del tamaño de granos minerales o placas grandes como se describe en respuestas anteriores, usted tiene una versión real de ciencia ficción dura del casco de productos generales de un titiritero. Dado que los elementos son tan pequeños como las longitudes de onda de la luz en escala, las propiedades ópticas estarán controladas por fonones en los enlaces. Además de ser simplemente un vínculo muy estable y/o muy fuerte (cambiar sobre la marcha es el secreto del escudo), también servirá como metamaterial en el régimen óptico, ofreciendo protección contra los láseres e incluso efectos de "encubrimiento". Alimenta el mismo principio a la inversa y puede emitir luz láser coherente con tanta potencia como la alimentas.

No conozco ninguna sustancia o teoría que distribuya energía cinética. El calor y la carga se pueden distribuir a la velocidad de la luz (efectivamente instantánea para el tamaño de un barco) con superconductores. Usaré "instantáneo" como una forma abreviada de velocidad de la luz de aquí en adelante.

Pero soñemos. Para distribuir la cinética, necesita una sustancia que distribuya rápidamente la inercia, el momento angular, etc. En resumen, necesita una superficie similar a un trampolín donde la distorsión del trampolín se propague instantáneamente. Es una red de moléculas, y puedes imaginar una onda ondulada moviéndose a través de ellas. La diferencia entre esta y otras sustancias es la propagación instantánea de esas ondas.

Entonces, creo que tendrá que ser esférico, para que comience distribuido uniformemente. Cualquier impacto en cualquier lado da como resultado una contracción de toda la esfera. Si lo comprimes más allá del punto de tensión de su red, se rompe, pero cuanto más grande es la esfera, más difícil es hacerlo.

Es una esfera sólida. La única forma de entrar o salir es un transportador al estilo de Star Trek. O tienes que ser capaz de apagar su superconductividad, hacerle un agujero, luego parchearlo y hacerlo superconductor nuevamente. Tal vez algún tipo de interruptor magnético: gire todas las moléculas hacia la izquierda y se engancharán y se volverán conductoras. Gira a la derecha y se desbloquea. Tiene que ser algo que se pueda encender/apagar al mismo tiempo en toda la esfera o la esfera colapsaría. YMMV.

No tengo idea de cómo impulsas esta cosa. Es una esfera sólida y si la empujas, se contrae en lugar de moverse. Ese es probablemente el mayor problema. Tendrá que tener un "amortiguador de inercia" (vea Star Trek nuevamente) para que cada punto de la esfera reciba la fuerza de propulsión al mismo tiempo. Cuando detecte un meteorito que se acerca, elimine cualquier aceleración de los motores, apague los amortiguadores, déjelo golpear y luego vuelva a encenderlo.

Actualizaré esta respuesta si hay otras áreas que deben abordarse en función de los comentarios.

Eso es posible, hasta cierto punto, no absoluto o perfecto. Y en caso de que sea posible, no me limitaría solo a ese uso de este sistema, me refiero a su uso de esa manera particular solamente.

Caso 1, carcasa sólida

Una forma de mover cosas, tener energía cinética y permanecer en un lugar es rotar el objeto.

La interacción entre ese sistema, digamos cilindro para simplificar, y el proyectil cinético dependerá de la velocidad del proyectil y qué tan rápido gira ese cilindro. El resultado será menos rebote, pero más bien como una rueda de amoladora. Básicamente, utiliza la energía cinética almacenada para destruir el proyectil más rápido de lo que vuela, y suma los vectores de impulso para el proyectil y el proyectil.

En este proceso, se destruye parte del caparazón, en caso de que la velocidad del proyectil sea del mismo orden que la velocidad del caparazón, como resultado tendremos un segundo volumen dentro del cilindro protegido del proyectil. Con una relación de velocidad de 1:1, en un caso simple, podemos esperar que este volumen sea un círculo inscrito en un cuadrado que está inscrito en el círculo.

En la medida en que mis habilidades de dibujo me permitan mostrarlo.concha, habilidad loca

La idea es simple, pero hay problemas: la fuerza de ese cilindro, cuanto más grande es, más rápida es la velocidad superficial. Las fuerzas que tratan de destruir esta construcción, son las fuerzas centrífugas, y es proporcional a = v s tu r F a C mi 2 r , mayor radio menor fuerza de desgarro. Entonces es un poco su situación, donde es menos eficiente para objetos más pequeños.

Caso 2, redistribución de la fuerza sobre la superficie

  • nos gusta tener formas complejas

El mismo principio funciona con superficies planas como, por ejemplo, un disco giratorio y dichos discos pueden formar alguna forma, aproximando esa forma con estos discos, superponiéndolos entre sí, etc. El plano de rotación no es importante (cilindro giratorio o disco giratorio es casi lo mismo )

Ahora handwavium: imagine hilos diminutos, una versión en miniatura del bucle de lanzamiento , y los teje como una tela habitual. Esas hebras tienen 2 partes importantes: la carcasa que resiste las fuerzas centrífugas y la parte activa que destruye el proyectil cuando se destruye la carcasa. Cuando la carcasa no se destruye, la fuerza se redistribuye de acuerdo con cómo se tejen esos hilos, con la velocidad de esa parte activa. La velocidad debe ser significativa, debe ser más rápida que la onda de sonido en los materiales habituales, con una velocidad bastante alta, para el agua es de 1,5 km/s como ejemplo, por lo que la velocidad del rotor debe ser realmente de 10 de km/s, para ser mejor entonces los materiales usuales en términos de fuerza redistributiva.

Si los hilos son círculos, puede crear una malla esférica a partir de ellos, algo así como http://demonstrations.wolfram.com/FifteenGreatCirclesOnASphere/ tendrá puntos más débiles y puntos más fuertes, como una sola capa, pero puede combinar muchas de esas capas. crea una capa esférica de garrapatas con una resistencia uniformemente redistribuida. (El enlace es principalmente para ilustrar que no es necesario que haya 2 polos donde todos los círculos se intersecan, cada círculo se intersecará entre sí (si tienen el mismo radio) pero la intersección no tiene que estar en un punto, como es con meridianos y polos)

Lo mismo puede cubrir alguna forma con tales círculos sobre su superficie. Es posible un tejido más complejo, que inscribe totalmente la forma dada, en realidad cualquier modelo poligonal que usemos en 3D, los nodos son donde se debe aplicar la fuerza para rotar el elemento activo, y posiblemente (no es necesario) se cree un bucle cerrado a partir de caminos entre vértices .

manowavium

La idea general es simple, y no muy lejos de lo que se usa en los sistemas de protección activa en tanques y demás, y la física de la misma totalmente descrita por la mecánica de Newton.

Por lo tanto, el handwavium principal se concentra en: cómo hacer que tales hebras sean posibles en primer lugar, y qué hacer en caso de su destrucción parcial, lo que realmente esperamos, y para responder a la pregunta si harán más daño que bien.

Hay candidatos para tales hebras: nanotubos de carbono. Algunas ideas al respecto se describen en esta respuesta en parte llamada Nota sobre chatarra de Venus, elefante serpiente . En realidad, esta situación es solo otro caso de uso para el mismo sistema utilizado en esa respuesta.

La respuesta a la pregunta sobre cómo prevenir daños y qué hacer en caso de una situación de destrucción parcial es bastante compleja y depende en gran medida de una solución práctica, cómo se forman/entretejen esos hilos, y es en realidad parte del desarrollo y la mejora de implementaciones particulares, como una armadura. trajes y barcos. Cada uno puede tener exactamente la misma tecnología como base (esos hilos, como los procesadores que tenemos hoy), pero cómo combinar esos bits en un sistema de trabajo útil es otra historia, ya que hoy en día algunos programas son mejores, otros no tan buenos y no en todas las situaciones. (casos de uso). El software simple puede ser una mejor opción para una tarea simple, luego el software complejo, por ejemplo, es más rápido, más fácil de usar, no tiene cosas que no necesitamos.

Pero que bueno que puedes reorganizar esa solución, en una que necesites, es solo cuestión de conocimiento. Un poco programable, pero no me gusta la definición, y los ejemplos no coinciden. Es un tejido más inteligente.

Problemas para su caso de uso.

Basado en su pregunta anterior: el problema: si alguien dispara un arma (cinética) en una nave espacial, es probable que la bala penetre el casco y cause una serie de problemas. - el problema con mi solución, no existe tal problema. Si el barco se construye con esa tecnología, y lo es, si esa tecnología existe. El conjunto de problemas a los que se enfrentan es muy diferente de los que normalmente se consideran problemas. Potencialmente, puedes explotar una bomba nuclear dentro de esa cosa y, en su lugar, una esfera brillante perfecta puede verse así después de la explosión:

ingrese la descripción de la imagen aquí fuente

Pero si no hay suficiente energía para evaporar el 100% de esa nave, funcionará y volverá a la normalidad, muy pronto, solo que será un poco más pequeña.

  • Traté de investigar cuántas bombas necesita en realidad para un barco de 30 km de diámetro, no puedo recordar los números exactos de atm, pero cuando se explotan en la superficie del barco, puede funcionar durante bastante tiempo, necesita 10000 de megatoneladas explosiones significativamente Los porcentajes de 10 alteran esa construcción, con cero acciones de defensa de esa nave (las explosiones de Gigatoneladas son significativas para esa construcción). Con acciones de defensa, será mucho más difícil afectar a esa nave. Las verdaderas debilidades de ese sistema no se conocen por el momento.

Hacer un caparazón que rebota tampoco será una solución óptima, puede y probablemente será parte de soluciones más complejas, y servirá no solo para ese objetivo, sino también como almacenamiento de energía, como parte de mantener el impulso para las diferentes acciones que este barco puede realizar (tentáculos de estilo anime). como ejemplo), para mover volúmenes vivos dentro del volumen de la nave para protegerlos del impacto, para proyectar un caparazón de estilo vibrisas para detectar proyectiles cinéticos a distancias significativas y muchas otras cosas.

Lo bueno de ellos para SciFy convencional es que el combate cuerpo a cuerpo es probablemente una opción válida para este tipo de naves.

Lo que es malo para su situación, abordar tal barco, con fuerzas de barcos más pequeños será extremadamente difícil: el barco más grande debería haber estropeado la variante de tejido, el barco más pequeño no debería ser significativamente más pequeño y proporcionalmente más avanzado en tejido y algoritmos utilizados que uno más grande. Y no será lucha de personas contra personas, sino más algoritmos contra algoritmos. De la misma manera que piratear un sistema obsoleto con problemas bien conocidos o vulnerabilidad de día cero.

Aislar al atacante de abordaje será más como un clic del mouse para crear un volumen vivo alrededor de la zona de penetración y restaurarlo durante el tiempo que el equipo de abordaje intente destruirlo. Eventualmente, puede disparar este compartimento de regreso al espacio, dejar que aborden el espacio después de que destruyan esa sala de estar, si tienen demasiada energía y tiene problemas para contenerlos.

La capacidad de formar o mover, digamos, un motor termonuclear, para confiar en la dirección lejos del abordaje del barco y, al mismo tiempo, asarlo con el penacho del motor, hace que la idea del abordaje no sea muy emocionante.

Estrategias

Para un barco grande hay una estrategia simple, destruir todo lo que es más pequeño que él.

Para barcos pequeños hay una estrategia simple: correr más rápido y volar.

Los barcos más pequeños son más rápidos (si los barcos más grandes transportan más porcentaje de carga, si no, son bastante iguales), los barcos más grandes son más duraderos (si tienen una fuente de energía más grande y una masa más activa).

La dirección de ataque más prometedora entre barcos pequeños y grandes es piratear el barco opuesto. No es necesario que piratees todo el barco a la vez o en su totalidad, puedes piratear el uno por ciento y será tu botín. Los ejemplos de eso conducen más a la microbiología y la biología: infecciones, resistencia, etc. Por lo tanto, las personas potencialmente súper inteligentes pueden escabullirse a través de la defensa; hay razones por las que es una exageración (para un barco pequeño), pero es una larga historia, pero si saludas La tecnología súper inteligente para abrirse paso será válida. Y luego puedes tener batallas entre personas.

Las ediciones de gramática, ortografía y sintaxis de PS son bienvenidas.

¿Qué tiene que ver un nido de pájaro con esto?
@JDługosz: Si entiendo correctamente, el pájaro es análogo a una bomba nuclear, el nido verde es el barco sin daños y el nido marrón es el barco quemado después de que explotara la bomba nuclear.
Estructura semi caótica de @JDługosz que, por alguna razón, todavía funciona. Al compararlo con la bola , cuya estructura es simple y regular, y tiene una lógica simple: el nido de pájaro parece haber volado.
El punto de vista válido de @MichaelS en realidad, la imagen me llamó la atención cuando busqué la ilustración "esfera hecha de anillos". Ambos representan estructuras irregulares después de la voladura. Pero sí, el segundo parece un poco de una explosión más grande))) Pero el primer nido en realidad se basa en los principios que sugiero, como lo veo ahora, después de prestar más atención a los detalles de esa imagen. Así que tu impresión es buena.