En mi entorno de ciencia ficción, quiero una amplia gama de lanzadores de balas (balas, munición inteligente, granadas,...), armas exóticas (lanzallamas/químicos, hojas de alta tecnología, nanobots,...) y armas de energía dirigida (calor). rayos, blazers, rayos de plasma, haces de partículas, armas de plasma). Dado que se supone que el escenario es de ciencia ficción dura, quiero que las armas sean plausibles desde el punto de vista de la física básica y la eficiencia. Los lanzaproyectiles y las armas exóticas cumplen todos estos criterios, es decir, son óptimos para el propósito al que están destinados.
Sin embargo, las armas de energía dirigida generalmente no cumplen esa condición. El problema es algo que Atomic Rockets llama Ley de Routledge .
Cualquier material de batería interesante para una pistola láser sería más útil como ojiva explosiva.
Permítanme ilustrar el problema repasando un ejemplo. La fuente de energía de las armas es una cantidad muy pequeña de antimateria aniquilada en una cámara hecha de un metamaterial gamma-voltaico. Este es el pináculo de mi tecnología de configuración, por lo que las sociedades de baja tecnología pueden usar algo menos energético, pero el problema persiste. Suponga que la cámara tiene una eficiencia de 0,7 y el láser una sorprendente eficiencia de 0,6. Por lo tanto, el arma podría entregar alrededor del 40% de la energía de la antimateria al objetivo.
Esto suena bastante decente, hasta que uno se da cuenta de que solo poner la antimateria en una bala disparada al enemigo entregará casi el 100% de la energía. Peor aún, los lanzadores de balas modernos entregan hasta el 80% de la energía química como energía cinética a su objetivo.
¿Cómo puedo justificar que las armas de energía dirigida no son solo herramientas especializadas para buenas aplicaciones, sino que pueden competir con los lanzaproyectiles, de modo que elegir entre un lanzador de proyectiles y un arma de energía dirigida es más una cuestión de preferencia personal que cualquier otra cosa?
También tenga en cuenta:
La energía de las babosas entra primero en la capa exterior de la armadura. Las balas que penetran armaduras están especialmente diseñadas para atravesar mejor la armadura, pero el hecho es que tienen que destruir la armadura antes de que puedan dañar al objetivo.
Un láser de rayos X o gamma es diferente. Sí, parte de la energía se depositará en la armadura, pero parte lo atravesará (para obtener más información, busque "longitud de dispersión de rayos X"). La armadura balística moderna está hecha de fibra de Kevlar y placas de cerámica, que los rayos X pueden penetrar de manera muy efectiva. Los vehículos, los robots y las instalaciones fijas pueden reforzarse con armaduras de acero, plomo o tungsteno, pero los humanos no van a querer cargar con eso.
En la sociedad actual, generalmente se puede encontrar una toma de corriente en cualquier lugar de las zonas urbanizadas. En un entorno de futuro cercano, no es una locura pensar que todas las áreas habitadas por humanos se construirán con transmisión de energía inalámbrica. Ya tenemos carga de teléfonos inalámbricos y sistemas de I+D que pueden realizar transmisiones inalámbricas para aproximadamente el tamaño de una habitación, así que construya eso como infraestructura en todas partes o extienda la tecnología a algún tipo de sistema de mayor alcance, incluso basado en satélites. . ¡Ahora las pistolas láser tienen munición infinita!
La Ley de Routlege ignora el concepto de exceso. Si estoy tratando de matar a una persona a la vez, está tan muerto con un pequeño agujero perforado en su cráneo como si estuviera completamente atomizado. Entonces, ¿qué pasa si entregar la antimateria directamente al objetivo es más eficiente energéticamente? Para entregarlo, tengo que empaquetarlo en algún tipo de casquillo de bala, y luego impulsar esa bala con medios químicos o electromagnéticos (es decir, cañón de riel), lo que significa que tengo balas explosivas geniales, pero estoy limitado a llevar balas similares. cantidades como babosas de plomo aburrido. No puede hacer que las balas sean demasiado pequeñas o livianas o el alcance se reducirá demasiado por la resistencia del aire. Por el contrario, si uso el volumen y la masa que ahorro al NO tener casquillos de bala, puedo transportar MUCHA más antimateria y, por lo tanto, tener muchos más disparos.
Lanzar la batería como una granada puede ser más efectivo en términos de transferencia de energía al objetivo, pero también tiene la costumbre de transferir esa energía a todo lo que rodea al objetivo. Eso no funciona bien si hay algo en las cercanías que desea preservar, como un rehén, un edificio o, dependiendo de la capacidad de la batería, la ciudad.
Disparar un láser puede transferir solo el 40% de la energía al objetivo, pero la transfiere solo al objetivo.
Cualquier material de batería interesante para una pistola láser sería más útil como ojiva explosiva.
No creo que esto deba ser tratado como una suposición universal. Después de todo, la pólvora o la cordita que se usa en las armas de fuego y las piezas de artillería de hoy en día es muy interesante, pero no es un buen material para una ojiva explosiva, ¡e incluso las piezas de artillería que disparan proyectiles altamente explosivos dependen de ella!
Creo que la suposición de que la fuente de energía es antimateria es parte del problema. Además de ser un combustible extremadamente enérgico y peligrosamente inestable, también es mucho más explosivo que otras opciones. Contrasta cosas como la fusión nuclear, donde hacer que explote es difícil (el diseño exacto de la bomba H aparentemente es extremadamente difícil de hacer bien, y aún no hemos logrado que los reactores funcionen) pero una gran cantidad de energía puede aún debe desarrollarse.
Además, la "energía entregada al objetivo" es solo una de las muchas cifras de mérito que debe considerar; también debe considerar apuntar (los láseres y los rayos de partículas relativistas son buenos para alcanzar objetivos en movimiento, pero los láseres se difractan en distancias extremadamente largas, por ejemplo, los proyectiles se pueden hacer dirigidos pero los rayos no), enfoque (el daño por salpicadura es excelente cuando lo desea y MUY MALO cuando no lo desea), transferencia de energía al objetivo (la sobrepenetración desperdicia energía, causa daños colaterales y probablemente esté casi garantizado para armas dominadas), la capacidad de romper varias defensas y la capacidad de un tirador desprotegido de sobrevivir al fogonazo de su propia arma.
No sé si es probable que lo reduzcas al nivel de "preferencia personal", pero si te retiras de las células de energía de antimateria bastante peligrosas a, digamos, alguna forma de microfusión o microfisión, o tal vez algún tipo de tecnología electrodinámica extraña y futurista que no es tan inestable, y ambos tendrán municiones más seguras, pero su comparación tendrá sentido.
En la vida real hay muchas maneras de poner de rodillas a un enemigo, pero son inaceptables por razones humanitarias. Ver la Convención de la ONU sobre Ciertas Armas Convencionales para armas prohibidas y el Protocolo I de la convención de Ginebra para prácticas prohibidas. No puedes, por ejemplo:
Bueno, puedes... Pero la ONU/OTAN te odiará, y cuando termine tu dictadura y te atrapen, es posible que te demanden por crímenes de guerra.
Lo mismo con tus armas de energía. La variante no dirigida es demasiado eficiente, por lo que, al igual que el cloro gaseoso, está prohibida internacionalmente. Te quedas con la opción menos eficiente.
science-based
etiqueta, por lo que estamos limitados a lo que podemos probar o adivinar razonablemente en el futuro. El OP no indica qué tan lejos en el futuro, por lo que solo podemos adivinar el futuro cercano.En hard-scifi no puedes.
Y la razón no es solo "Ley de Routledge", sino rango. El arma láser tiene un alcance muy limitado en comparación con las babosas. Puede disparar balas de la Luna a la Tierra con un obús moderno común y causar algunos daños (al objetivo del tamaño de una ciudad), pero nunca podrá hacerlo con un láser razonable, incluso utilizando tecnología futurista.
No significa que los láseres sean inútiles. Pero son exactamente un arma de nicho, "herramientas especializadas perfectas para buenas aplicaciones".
UPD: algunos argumentos en contra para los adeptos "pew-pew":
Si bien los láseres son más rápidos y fáciles de manejar, para infligir daño debes mantener tu puntería durante algún tiempo. Y es difícil de imposible. Mientras que la babosa golpea o no como un todo. Vamos a obtener algunos números.
Distancia 2Mm (2000 km). El láser tiene una "potencia de rayo" de 100kW (es un consumo de energía de 1-10Mw), una apertura de 1m, una longitud de onda de aproximadamente 100nm (10e-7 metros - ultravioleta) - ¡es un láser muy bueno! A esa distancia, el rayo sería 1 + (2*10e6)*(2*10e-7/1) = 1,4 m, ≈ 1,54 m^2 de ancho).
Para fundir una placa de aluminio de 2 mm (5,4 ≈ 5,5 kg/m^2), necesitaríamos mantener el ingreso de energía en cualquier punto durante ( 390 kJ/kg * 5,5 kg/m^2 )/( 100 kJ/s * 1,54 m^ 2) ≈ 14 s (incluso veces más - desprecié la reflexión, la disipación de energía y el calentamiento a 660°C).
Significa que el rayo láser debe tener que seguir la velocidad angular del objetivo con desviación si no más de (1,4 m / 2e6 m) / 14 s = 5e-8 rad/s ≈ 3e-6 °/s (los mejores instrumentos astronómicos superan eso por órdenes, pero los objetivos y la plataforma son mucho más estables que el acorazado), o la placa objetivo tiene una aceleración relativa (incluida la gravedad y la centrífuga) inferior a 1,5 cm/s^2 (0,01 g). La tripulación corriendo presa del pánico podría crear más que eso :)
Hay otro problema con la puntería: nuestro equipo de puntería tiene longitudes de onda mucho más grandes y aperturas más pequeñas que las del láser y, por lo tanto, mucho menos preciso . Por ejemplo, para lograr la misma precisión que el láser mencionado anteriormente en el espectro visual (incluidos los colores rojos), necesita un equipo de orientación con una apertura de 6-8 m, un telescopio bastante grande incluso para los estándares de superficie (y no, el telémetro de coincidencia de base de 10 m no ayudaría: la apertura determina el tamaño de un punto mínimo, un "tamaño de píxel").
Y para la protección activa: 14 segundos: es mucho tiempo para aplicar contramedidas (gas, o simplemente girar hacia el otro lado). Y más de eso: solo necesita 2 mm de aluminio no enfriado activamente para protegerlo contra el láser de clase de acorazado durante tanto tiempo. Y la placa de acero de 10 mm sería imposible de atravesar con ese láser: el láser se derretiría más rápido que esta placa (y nadie se sentaría durante media hora bajo el rayo láser)
¡Así que ningún láser jamás competiría con un arma de metralla en un "balagón lateral" en entornos de ciencia dura!
Me sorprende que aún no se haya discutido un sistema del mundo real que se está utilizando actualmente.
Lockheed Martin ha desarrollado un sistema láser para sobrecalentar drones y misiles para así dispararlos desde el cielo. Un láser es un sistema ideal para esto, ya que puede rastrear objetivos con trayectorias erráticas mucho mejor que los lanzadores de balas convencionales, también puede desarmar misiles con frecuencia para que no detonen su artillería.
El sistema es más barato por uso que los sistemas como los misiles patriot y generalmente están montados en barcos grandes y están alimentados por grandes reactores de fisión que no serían factibles de lanzar contra objetos pequeños como drones y misiles.
Aquí hay un video de un arma moderna de energía dirigida en uso, ¡imagínense lo que podría hacer un arma ambientada en un mundo futuro distante! https://www.youtube.com/watch?v=XH6NIazR5pA
En la segunda novela de Ringworld , Ringworld Engineers , Larry Niven les dio a los ingenieros del título una fuente de energía drásticamente grande, pero que normalmente era muy difusa. Les dio la capacidad de manipular las erupciones solares y hacer que emitieran un láser en la región de rayos X. Entonces, el resultado fue un haz de rayos X bastante estrecho con una energía de muchos gigavatios, que en principio podría disparar durante horas. Probablemente originalmente tenía la intención de matar a los últimos meteoros perdidos que los ingenieros pasaron por alto. Pero como arma contra posibles invasores, era razonablemente eficaz.
Un láser de rayos X es casi automáticamente un arma, incluso si tiene otros usos. Requiere una tecnología bastante especial para poder resistirlo. La materia ordinaria de casi cualquier tipo se ionizará y perderá su estructura. Entonces, cualquier enemigo sin esa tecnología especial se freirá si lo golpea. Además, incluso para ser consciente de que algo está sucediendo antes de que te afecte, necesitas tener un equipo de sensores bastante avanzado. Por supuesto, el drama de las novelas requería que algunos de los invasores potenciales tuvieran la tecnología para resistirlo...
En una respuesta a otra pregunta (que parece que no puedo encontrar en este momento) señalé que una esfera de Dyson le daría el control de todo el viento estelar de una estrella. En principio, eso significaría que podrías controlar una gran cantidad de protones de alta energía que serían un arma formidable si se concentraran en un haz.
Tanto en el caso de Ringworld como en el de la esfera Dyson, arrojar masa como parte de un arma significa que pierdes la masa, y ahora tienes esa masa moviéndose rápidamente a través de tu sistema. Si golpea a su enemigo, es posible que haya metralla que entre en direcciones difíciles de predecir y que pueda golpear su hogar. Y no quieres renunciar a ninguna masa ya que has utilizado toda la masa local para hacer ese hogar.
Entonces, cuando ya tenga disponible una fuente de energía drásticamente grande, y pueda manipularla con precisión, posiblemente pueda hacer un arma de rayos de energía que la gente notará. Si potencialmente te enfrentas a muchos enemigos o muy grandes, y no quieres desperdiciar masa, posiblemente puedas hacer un buen uso de un arma de rayos.
Si observa el rendimiento de aniquilar un gramo de antimateria, libera ~2*10 14 J, aproximadamente el triple del rendimiento de Little Boy (ver https://en.wikipedia.org/wiki/Orders_of_magnitude_(energy)# 1012_a_1017_J ). Así que lanzar balas de antimateria es como lanzar pequeñas bombas nucleares. Esto plantea un par de problemas si no está apuntando a la aniquilación total del objetivo:
Otra cosa a tener en cuenta para una historia de ciencia dura es que la carga útil tiene que aniquilarse en el impacto, pero no durante la fase de aceleración. Esto crea un problema difícil y una gran posibilidad de autodestrucción involuntaria. Supongo que tiene un sistema para contener la antimateria en aceleraciones "normales".
Si tiene un sistema que puede controlar la liberación de la energía a niveles aceptables y aun así entregar con un 40 % de eficiencia (al menos en la fuente), está en el negocio. Puedes mantener una tasa de aniquilación suficiente para conquistar planetas casi indefinidamente con una cantidad relativamente pequeña de antimateria. Lo más importante es que puede hacerlo de una manera que minimice el riesgo de vaporizarse.
Lo primero es lo primero, la verdadera dificultad para crear un arma láser viable no es la densidad de energía como afirma mucha gente, sino la densidad de potencia: ya tenemos baterías que pueden almacenar medio millón de julios en un kilogramo, el problema es que solo podemos obtener esas baterías. para proporcionar un goteo de unos pocos julios por segundo. Los condensadores, por otro lado, no pueden almacenar tanta energía, pero pueden bombear esa energía a un ritmo mucho más rápido, por lo que eso es lo que realmente necesitamos.
Es popular afirmar que una pistola de acelerador magnético es más fácil de lograr que una pistola de láser de pulso, pero esto no es realmente cierto ya que también dependen de la entrada eléctrica y cualquier capacitor que pueda proporcionar energía a la velocidad requerida para hacer una práctica. La pistola/rifle gauss también podrá proporcionar energía a la velocidad requerida para hacer una pistola/rifle láser práctico.
En mi escenario de ciencia ficción, la armadura corporal hecha de malla de fullereno y laminado diamantado es prácticamente impermeable a las armas de fuego tradicionales, y los láseres se han miniaturizado hasta el punto en que los soldados de la era interplanetaria tienen proyectores de rayos de defensa puntual integrados en sus trajes. La combinación de armaduras ultrarresistentes y defensas puntuales en miniatura ha hecho que las armas láser sean preferibles.
por supuesto, la efectividad de los láseres se puede reducir mediante el uso de aerosoles prismáticos y armaduras "reflectantes" de ondulación manual (que en realidad no son reflectantes, sino que difunden la energía sobre un área de superficie más amplia para proteger el material debajo), por lo que las pistolas gauss siguen siendo populares. pero, sinceramente, la "ley" de Routledge es simplemente tonta, la bala explosiva se contrarresta fácilmente con láseres personales de defensa puntual, y el hecho de que la petaca de 1 kg que alimenta mi pistola láser puede contener varios cientos de disparos mientras que el lanzador de balas del pirata espacial está limitado a un par de docenas como mucho =P
Si buscas opciones puramente letales... la balística probablemente sea mejor que las armas de energía.
Pero, las armas de energía tienen más aplicaciones que aplicaciones letales.
pistolas de microondas que calientan los objetivos de manera incómoda para el control / dispersión de multitudes
pistolas de sonido que crean ruido de tono alto... de nuevo, para el control/dispersión de multitudes (la fuerza del sonido se puede usar para penetrar y destruir sólidos, pero creo que eso requeriría una cantidad de energía que sería mejor usar de otra manera).
Las armas emp freirán los dispositivos electrónicos desprotegidos... así que si alguien tiene un marcapasos... poof. Si alguien está conduciendo un vehículo electrónico primario... poof.
en la serie Mass Effect, las armas eran balísticas, pero usaban energía para acelerar pequeños fragmentos de metal a la velocidad de los cañones de riel... así que podrías tener armas híbridas que requieren energía. Dependiendo de qué tan alta tecnología sea su historia, estas podrían ser pequeñas armas de tipo Mass Effect o cañones de riel portátiles prototipo masivos (al estilo del rifle Gauss de Fallout)
las pistolas paralizantes son un arma de energía obvia diseñada para incapacitar/controlar multitudes. Podrías tener armas de energía que disparen dardos con sus propias fuentes de energía que se dispersen a tiros en las multitudes, penetren y creen descargas para pacificar a las multitudes. O bien, tenga una simple pistola paralizante de un solo disparo. O una pistola paralizante de múltiples disparos que tiene múltiples líneas de púas unidas, lo que permite múltiples disparos para aturdir a las personas antes de necesitar recargar.
Dado que es ciencia ficción, solo quiero agregar que los láseres son buenas armas contra naves espaciales.
El objetivo no es destruir el barco con unos pocos disparos, sino mantener la puntería el tiempo suficiente para acumular más calor del que pueden irradiar los radiadores y cocinar vivos a los pasajeros. Consume mucho tiempo, pero las ventajas anteriores equilibran esta estafa. Idealmente, destruya los radiadores con misiles más convencionales o pistola de bobina antes de apuntar el láser. Si la nave enemiga pliega su radiador para protegerlos, mejor que mejor: sigue asando. Si los despliega, mucho mejor: más superficie para que apuntes tus fotones.
Costo
Su metamaterial gamma-voltaico es caro. Por lo tanto, preferiría que sus soldados no arrojaran las baterías al enemigo a menos que fuera absolutamente necesario, ya que no tiene el presupuesto para seguir reemplazando todas las baterías de los soldados después de cada batalla.
Si usa el material de la batería para impulsar babosas, el 50% de la fuerza se pierde por el retroceso. Se pierde energía adicional en forma de calor/radiación, fricción, etc.
Si despliega el material de la batería como explosivo, la energía se emite radialmente. Esto es genial si la bomba está dentro de una cabeza, una casa o una montaña, pero para concentrar la energía en un punto necesitarías una carga con forma. Sin embargo, la carga con forma sufriría el mismo problema: el 50% de la fuerza generada se pierde en la dirección opuesta...
Tl;dr: La eficiencia de conversión de energía del láser puede ser menor a primera vista, pero solo si la ojiva explota dentro de su objetivo.
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