Siguiendo esta pregunta , exactamente en el mismo escenario
Estoy creando un mundo donde el viaje interestelar sub-FTL es una cosa, y también lo es la guerra interestelar, pero para el propósito de esta pregunta asumiremos que la escala es de un solo sistema.
Las naves espaciales han evolucionado bastante desde nuestra era actual, y varían en tamaño desde varios metros (algo así como 2 veces más grandes que el caza de superioridad aérea promedio, tener una nave tripulada digna del espacio no puede ser más pequeña que esta en mi universo ) hasta 20 kilómetros en forma de submarino espacial ampliado.
Las armas vienen en diferentes formas y tamaños (proporcionales al barco que las lleva) y se pueden dividir en 3 categorías:
Misiles: solo su carga útil diaria que lleva un palo de fuego autopropulsado, también podría llamarlos torpedos en este punto, realmente no hace una diferencia hasta donde yo sé. No serán más grandes que un misil balístico intercontinental y la tecnología no evolucionó mucho aparte de la orientación y la capacidad espacial.
Láseres: se utilizan principalmente como contramedida y/o para interferir con los sistemas de objetivos enemigos a corta distancia (y ocasionalmente para cegar al comandante enemigo a través de la ventana como una broma).
Cañones de riel: aquí es donde I+D tuvo más éxito, ya que esos cañones pueden llegar a ser bastante grandes (¿recuerdan los barcos de 20 km?) y el proyectil más grande hasta la fecha tiene la friolera de 100 m de largo y puede viajar a 30 km/s. Imagen lanzando Saturno V a la nave enemiga). Tenga en cuenta que para proyectiles más pequeños, la velocidad puede llegar hasta los 150 km/s, pero es un arma muy especializada y el promedio es inferior a 100 km/s para un arma decente.
Con respecto a los requisitos de energía, los capacitores recorrieron un largo camino y ahora son extremadamente eficientes, además de enfriar, incluso en el espacio (disparar un cañón de riel más de una vez no lo derretirá durante los primeros dos disparos consecutivos) y la fusión es el medio ideal. de producción de energía en toda la civilización. El proyecto de la esfera de Dyson comenzó en algunos sistemas, y la cuestión del acceso a la estrella anfitriona desató las guerras en los sistemas.
Esta vez quiero preguntarles sobre la viabilidad de un proyectil relativista de 3 etapas que funcionaría de la siguiente manera:
Tal arma no es amigable con el sigilo en un entorno que ya no es amigable con el sigilo, por lo que estoy buscando ir muy rápido, muy rápido . El gasto de energía está descartado en aras de la simplicidad, y consideraremos que el caparazón después de la tercera etapa avanza a una velocidad relativista (más del 1% de C), apenas detectable y difícil de desviar (no desea crear un relativista podría dirigirse hacia ti destruyéndolo... ¿o no?)
Y ahora la pregunta (algo) concisa: ¿Sería posible de manera realista tal sistema de armas?
Tenga en cuenta que el nivel tecnológico está varios siglos por delante del actual, por lo que es aceptable extrapolar la tecnología actual al límite de la física. Siéntase libre de comentar a continuación cualquier información faltante sobre el contexto si es necesario (también siéntase libre de editar la ortografía, mi pregunta anterior resaltó el hecho de que apesto por completo).
Primero quiero decir algo sobre RailGuns en general
Uno de los sitios a los que se vinculó habla sobre Children of a Dead Earth, que tiene una visión común del combate espacial de ciencia dura, así que hablaré sobre eso.
Para barcos tienes dos rangos. En un rango, la mecánica orbital es importante. Los barcos están lejos. Sin embargo, puede calcular fácilmente la aceleración, la masa, etc. de una nave debido a todo el calor que está arrojando al espacio. Sabes dónde está y dónde estará si continúa en su camino actual. También conoce los límites de dónde podría estar si cambia de rumbo. Sin embargo, a este rango, su proyectil tarda un tiempo en llegar. Incluso en su "rango directo" de 10.000 km, un proyectil de 100 km/s tardará 100 segundos en alcanzar su objetivo. Si el objetivo comenzó una quemadura fuerte de 5 g de inmediato, estaría a 250 km de donde esperaba encontrarlo. Pequeña distancia por espacio, pero fácilmente lo suficientemente grande como para fallar.
¿Qué hay de saturar el área con fuego? Mirando el tamaño de un submarino, en el mejor de los casos para el tirador, su barco de 20 km tiene un área de sección transversal de 20 * 1.4 = 168 km ^ 2. La zona objetivo tiene una superficie de 196.000 km^2. Esto le da a un proyectil individual un 0,08% de posibilidades de acertar. Si lanzaste simultáneamente alrededor de 70 de ellos, tendrías unas probabilidades de 50/50 de al menos un acierto. (99.02)^70. Suponiendo que el enemigo gire para presentarte una zona objetivo más pequeña, esto puede ser mucho peor (aunque hacerlo probablemente significaría que cualquier golpe sería catastrófico, directamente a lo largo de tu nave).
Las matemáticas empeoran mucho en rangos más largos, aunque puedes lograr la saturación disparando un montón de proyectiles a la vez, pero los que disparas primero van más lentos, por lo que todos llegan al mismo tiempo. Pero en última instancia, la zona objetivo crece cuadráticamente, con la distancia adicional que la nave puede recorrer, y eso crece cuadráticamente con el tiempo de viaje del proyectil.
NOTA: Esto supone que ya está corrigiendo el hecho de que su oponente se está moviendo. Esta matemática se basa en el hecho de que tu oponente podría comenzar a acelerar o disminuir la velocidad (o simplemente dejar de acelerar si ya estaba acelerando). La única preocupación que tiene el defensor es el combustible, qué impacto tendrán en su órbita. Supongo que podría convertirse en un problema de desgaste. La tripulación de qué barco no podrá manejar los ges primero, o qué barco necesita quemarse para corregir su órbita primero.
Mi punto es que realmente desea que sus proyectiles sean guiados si se usan en cualquier rango real.
El otro rango de compromiso es el rango de suicidio donde se vuelve como una pelea con cuchillos. Los barcos no tienen tiempo para esquivar, y la batalla (o al menos cada enfrentamiento) termina en segundos. Los barcos podrían tener fácilmente un delta relativo Vs 10 km/s o más.
La única página a la que se vinculó parece argumentar que el "envolvente de compromiso interno" comienza en 1 segundo luz, y los cañones de riel entran en juego allí. Honestamente no lo veo. Todavía está viendo tiempos de viaje de cerca de una hora para proyectiles de armas de riel. Podría acelerar a un mísero 1/10 de g y desviarse casi 500 km de su posición esperada. Todavía estás mirando un enorme cono de luz.
En tu rango de lucha con cuchillos. ¿Cuál sería el rango de lucha con cuchillos? Por lo general, las personas lo definen en aproximadamente 1/10, o cerca del rango en blanco. Honestamente, nunca he visto un argumento convincente para el uso de cañones de riel tradicionales en el combate espacial realista (todavía no significa que no sean geniales).
En cuanto a tu arma
Simplificalo un poco. Cañón de riel lanza tus misiles. Un proyectil de cañón de riel, dependiendo de cómo lo hagas, puede ser bastante sigiloso. Una vez que los misiles se acercan a una "distancia cercana", se encienden y activan el vapor y corrigen el rumbo según sea necesario. No sé por qué no veo esto propuesto más a menudo.
También parece una exageración como está escrito. A menos que se trate de un ADM para usar contra objetivos fijos (lo que cambia MUCHO las cosas).
Pero echemos un vistazo a lo que está escrito.
Primera Etapa 150 km/s en 18km. Eso le da una aceleración de unos 63.000 gees. Eso es mucho. A = V ^ 2 / (2X)
Supongamos que su proyectil está hecho de un material similar al acero.
Veamos la resistencia a la compresión del acero, 250 MPa, esta es la presión que puede soportar antes de romperse.
Multiplicamos nuestra aceleración por M y la presión por A, y podemos obtener una relación entre la masa y el área de la sección transversal de nuestro proyectil. 396 km/m^2
La masa será igual al volumen por la densidad. El volumen será el área por la longitud. Entonces nuestra ración de M/A se convierte en A L p / A o simplemente L*p
La densidad del acero es 7,85 g/cm^3 o 7850 kg/m^3. Entonces Lp = 396 . L*7850 = 396.
Tus proyectiles deben tener menos de 5 cm para evitar que se rompan. Así que este es nuestro primer problema. Tu lanzador debe ser más largo.
Segunda etapa
La propulsión ablativa láser le quitará masa a su proyectil. Tiene un ISP bastante alto y puedes obtener tu delta V usando la ecuación del cohete V = 50,000*ln(mi / mf)
(El ISP puede variar mucho desde alrededor de 200 hasta 5000 idealmente. Voy con los materiales ideales, etc.).
Entonces, si usas la mitad de tu masa, ganarás alrededor de 36 km/s. SI usas 9 décimas de tu masa, ganas unos 115 km/s. Para una ganancia de 150 km/s, debe eliminar todo menos el 5% de su masa.
Entonces, incluso si alcanzamos un total de 300 km/s con la ablación con láser, todavía estamos a solo una décima parte de la velocidad de la luz (la luz es rápida).
Además, debido al retraso de la luz, no puedes hacer mucho para ajustarte a objetivos distantes en esta fase.
¿Qué necesitamos para alcanzar el 1% de la velocidad de la luz? Necesitamos ganar cerca de 3000 km/s durante esta fase (técnicamente un poco menos, pero la contribución de los cañones de riel no es tanto, solo alrededor del 5%).
Eso nos da una ración de masa de 1,14 x 10^26. ¡¡¡¡AY!!!! Honestamente, la ablación con láser es buena porque no necesita llevar consigo una fuente de energía, pero no es ideal para esta aplicación.
Tercera Fase
Esto es básicamente propulsión de pulso nuclear que no tiene un ISP máximo mucho mejor que la ablación (aunque el mínimo es mucho más alto). Una vez más, necesitas perder masa para ser más rápido. Al perder una cantidad similar de masa, necesita perder aproximadamente el 95% de su masa nuevamente.
En conclusión No es realmente posible. Podría reemplazar la etapa final con algún tipo de cohete fotónico (algo así como NPP). Esto es en realidad lo que el proyecto Daedalus propuso usar. El uso de uno (si es que alguna vez existen) podría permitirle llegar al 1% de la velocidad de la luz con solo usar la mitad de su masa. Mucho más factible.
La ablación con láser realmente no te ayudará mucho.
La otra opción son los cañones de riel más largos. Haga que su cañón de riel sea 20 veces más largo y ahora alcanzará el 1% de la velocidad de la luz. Hay otros problemas, por supuesto. A medida que la velocidad aumenta, la fricción hace el trabajo más rápido, lo que hará que se caliente como un loco, pero parece que ya estás asumiendo que tienen soluciones para problemas como ese.
Parece muy complicado y poco práctico.
En primer lugar, está uniendo varios sistemas que se supone que funcionan uno tras otro, y un viejo lema entre los ingenieros de confiabilidad establece que
Lo que no está presente no se puede romper
A continuación, echemos un vistazo a algunas ecuaciones físicas básicas.
La distancia recorrida a partir de la parada se puede calcular a través de
mientras que la velocidad se puede calcular como
Con base en sus limitaciones de y , obtengo una aceleración de aproximadamente y un tiempo de aproximadamente un cuarto de segundo.
Eso significa 60000 veces la aceleración que experimentamos en la Tierra. ¡Si empujas 1 kg con esa aceleración, el proyectil experimentará una fuerza equivalente al peso de 600 toneladas!
Me cuesta encontrar algún mecanismo de precisión que pueda soportar tales fuerzas sin romperse. Y después de ese golpe, también quieres usar las otras dos etapas...
Mi consejo sería: vaya simple. 1 cañón de riel sobre las hormonas ya es suficiente para la suspensión de la incredulidad. No lo desafíes más.
El siempre útil sitio de Atomic Rockets proporciona el tipo de detalles y tablas para hacer los cálculos que desea, pero en realidad hay varias formas más simples de pensar en estas cosas (antes de sacar las servilletas para hacer los cálculos)
En primer lugar, la energía cinética es algo verdaderamente asombroso en un entorno espacial. La ecuación mágica es Ke=1/2Mv^2. Dado que la velocidad en el espacio es asombrosamente alta para el tipo de estándares a los que estamos acostumbrados, la "v" de repente se vuelve extremadamente importante. A velocidades muy modestas de 7 km/s en la órbita terrestre, las manchas de pintura que se desprenden de los propulsores o satélites se convierten repentinamente en peligrosos proyectiles capaces de dañar las ventanas fuertemente blindadas del viejo transbordador espacial y la ISS . La velocidad interplanetaria simplemente aumenta a partir de ahí, lo más rápido que un objeto sin energía puede ir y permanecer en el sistema solar es de 72 km/seg . Marca esa cifra en tu calculadora y mira el número de Joules de energía en el resultado...
En ciencia ficción, existe una pequeña convención de denominar la energía de los proyectiles cinéticos en el espacio como "Ricks" de energía (después de Rick Robinson ), quien señaló que un objeto que se mueve tranquilamente a 3 km/s tiene la misma energía cinética que su masa en TNT. Podrías golpear una nave espacial con la arena para gatos usada de la caja de arena para gatos de la nave y tener el mismo efecto que usar una ojiva explosiva.
En cuanto a los cañones de bobina/carril reales, aquí hay una sección relevante de Atomic Rockets:
Como ejemplo, supongamos que tenemos un cañón de bobina síncrono, y que el cañón de bobina puede generar campos de 1 tesla (un buen número que no saturará el ferromagnético). Nuestro supuesto ferroimán probablemente sea principalmente hierro, con unos 8000 kg/m3. Para alcanzar los 100 km/s, necesitarás 40 TJ por metro cúbico de proyectil. Dado que esto es 100 millones de veces la densidad de energía del campo, necesitará que el proyectil haga un barrido de 100 millones de veces su volumen para acelerar hasta la velocidad deseada. Esto significa que necesita una pista de aceleración 100 millones de veces la longitud de su proyectil. Si el proyectil es del tamaño de una moneda de diez centavos, con 1 mm de espesor, necesitará una pista de 100 km de largo. Si el 2,5 % de la energía entra en el proyectil en forma de calor como resultado de las ineficiencias, se obtienen 100 GJ de calor por metro cúbico de proyectil, o 12 MJ/kg. Esto es tres veces la energía específica liberada al detonar explosivos de alta potencia, por lo que puede esperar que su proyectil explote como una bomba dentro del cañón de su escopeta. En consecuencia, este parece ser un diseño impracticable.
Así que algunos ajustes están en orden .....
Lo último en lo que pensar es en sus definiciones. Usted declara un proyectil "relativista", pero la definición generalmente aceptada de RKKV es un arma que se mueve a una gran fracción de c. Cuando arroja armas a esa velocidad, presenta amenazas existenciales no solo para naves espaciales, sino también para estaciones espaciales, lunas pequeñas y asteroides, muchos de los cuales probablemente estarían habitados en tales entornos. Es probable que un golpe fallido o deliberado en un planeta similar a la Tierra dañe los continentes, o entregue el tipo de energía que hacen los asteroides asesinos de "dinosaurios". Anunciar audazmente o usar tales armas (independientemente de cuán improbablemente largo o poderoso tenga que ser el lanzador) es probable que desencadene una carrera armamentista, dado que cualquiera que sea capaz de desplegar tal arma podría simplemente acabar con toda su civilización. Basado en muchos de los factores ya enumerados, en realidad parece probable que si tales cosas pudieran existir, serían más como baterías costeras montadas en asteroides y lunas para eliminar naves espaciales enemigas a larga distancia.
alexcommil