¿Qué efectos tendría el propulsor que se expande casi a la velocidad de la luz en la tecnología de armas de fuego?

Cuando se adoptó la pólvora sin humo en 1884, se descubrió rápidamente que tenía dos o tres veces la densidad de energía de la pólvora negra convencional, y si se cargaba según las especificaciones de la pólvora negra, causaría la destrucción inmediata tanto del arma como, a menudo, del tirador.

La solución aquí es la misma que en 1884: usar menos propelente y moderar su liberación de energía. Esto lo hace menos como una bomba de antimateria como afirman otras respuestas, y más como un cohete de fragmentos de fisión , una propuesta actual para aprovechar partículas relativistas como propulsor. La diferencia entre un propulsor útil y una bomba es, principalmente, la velocidad a la que se libera la energía. Si puede producir partículas relativistas a un ritmo controlado , puede tener un propulsor útil.

Entonces, si reducimos la energía emitida para que no esté mucho más allá de lo que proporcionan los propulsores químicos convencionales, ¿para qué sirve este propulsor? Bueno, cuanto más rápido se expande un gas, mayor es la velocidad máxima de cualquier proyectil propulsado por él. Así que hay una aplicación de nicho para esta tecnología allí:

Sistemas de armas de alta velocidad

Actualmente, las armas de fuego convencionales luchan por alcanzar los 2 km/s como consecuencia directa de los límites en la tasa de expansión del gas. Una solución que se utiliza actualmente para la investigación científica es el cañón de gas ligero , pero esto nunca ha sido práctico para uso militar debido a la necesidad de un suministro externo del gas ligero en cuestión.

Los cañones de riel y los cañones de bobina han sido un intento de solucionar este problema por completo, pero tienen sus propios obstáculos. La densidad de almacenamiento de energía eléctrica no se acerca en absoluto a la de los propulsores químicos, lo que los hace implícitamente voluminosos y complejos.

Con un propulsor de alta densidad de energía y alta velocidad de expansión, puede obtener un rendimiento similar al de un cañón de riel de una variante de cañón largo de un arma de fuego con propulsión más convencional. Los colonos de otro planeta pueden encontrar esto útil para la artillería de largo alcance o para la artillería de superficie al espacio.

También hay otra aplicación más mundana gracias a la compacidad de esta sustancia como propulsor.

Munición compacta sin estuche

Con su propulsor ahora tan increíblemente compacto, se resuelve uno de los mayores obstáculos en las municiones sin vaina. En lugar de encerrar la bala en un bloque de propulsor , se puede colocar una cantidad microscópicamente diminuta de propulsor en la parte trasera de cada bala.

Hay obstáculos técnicos asociados que superar (la disipación de calor proporcionada por las carcasas y el proceso involucrado en la limpieza de una ronda sin disparar son los dos principales), pero si esto se puede hacer viable, la munición se vuelve más liviana, más fácil de transportar, más fácil de transportar, y permite revistas de una capacidad significativamente mayor.

(...) propulsor que se expande a velocidades cercanas a la luz (...)

No importa si los proyectiles se acercarían a la velocidad de la luz... Solo los propulsores que lo hacen ya serían bastante peligrosos.

El primer XKCD: ¿y si el artículo trata exactamente de eso? El escenario es una pelota de béisbol lanzada al 90% de la velocidad de la luz. Es una lectura muy divertida y, como muchas otras preguntas hipotéticas y preguntas de XKCD que tienen la etiqueta de base científica , cualquiera que esté cerca del fenómeno propuesto en la pregunta se desarma en partículas de una manera muy espectacular.

TL; DR: a velocidades cercanas a la luz, las partículas con masa tienen suficiente energía para causar reacciones nucleares. Aquí está la concepción artística de Randall Munroe de lo que sucede cuando la masa en el caso es la de una pelota de béisbol:

Podríamos suponer que sus propulsores de municiones ficticias, para un solo disparo, tendrán una masa mucho menor que una pelota de béisbol. Independientemente, el efecto es el mismo... El tirador habrá sido vaporizado antes de que su objetivo sea alcanzado.

¿Quizás le gustaría desarrollar una pistola láser o un rifle en su lugar? El disparo se realizará a la velocidad de la luz adecuada y el arma será relativamente más segura de usar.

De hecho, no desea propulsores rápidos en armas de fuego. Esto es lo que sucede cuando carga pólvora de pistola de combustión rápida en cartuchos de rifle: http://bulletin.accurateshooter.com/2015/01/what-happens-when-you-load-pistol-powder-in-a-rifle- cartucho/

Esto solo se debe a la diferencia en las tasas de detonación entre dos tipos de pólvora, todos clasificados como explosivos bajos. Los explosivos de gran potencia como el TNT pueden tener velocidades de detonación 10X o más altas.

Para un propulsor, desea algo que detone con bastante lentitud, para dar un "empuje" a su bala. Los explosivos de gran potencia detonan tan rápido que producen un impacto, destrozando el material circundante en lugar de empujarlo.

Una colonia de humanos ha descubierto una forma de hacer un propulsor que se expande a velocidades cercanas a la luz.

Echemos un vistazo a lo que realmente estamos tratando aquí. Supongo que su intención es que desee que los proyectiles funcionen a velocidades relativistas. Si observa la fórmula de la energía cinética relativista , es bastante fácil deducir que va a$\sqrt{0.75}c$significa tener tanta energía cinética como energía de masa en reposo; en otras palabras, para que un proyectil de 10 gramos se mueva a aproximadamente 0.866c, necesita convertir 10 gramos de propulsor en energía cinética para el proyectil con 100% de eficiencia (no es posible debido a la segunda ley de la termodinámica), o convertir algo así como 100 gramos de propulsor con una eficiencia del 10%.

Supongamos que tiene balas de 5 gramos y puede obtener aproximadamente un 50% de eficiencia de su propulsor (sin embargo, esto aumenta la credibilidad). Por lo tanto, necesita una forma de convertir unos 10 gramos de masa en energía muy rápidamente. antimateria _ Los colonos están usando antimateria.

Aquí hay un enlace de Wikipedia que me gusta mucho: orden de magnitud (energía) . Si miras este gráfico en el$10^{14}$fila verás "Energía liberada por la aniquilación de 1 gramo de antimateria y materia". Ahora mira hacia arriba a la$10^{13}$fila y observe esta entrada: "Rendimiento de la bomba atómica Little Boy lanzada sobre Hiroshima en la Segunda Guerra Mundial". 1 gramo de antimateria y materia es aproximadamente 3 veces el rendimiento energético de Little Boy, por lo que los 10 gramos que necesitas para un proyectil relativista te dan aproximadamente 30 veces ese rendimiento energético.

¿Qué refinamientos tecnológicos serían necesarios para hacerlo utilizable?

En resumen, necesita un arma capaz de resistir una explosión nuclear a quemarropa y dirigirla completamente a lo que sea que esté apuntando. (El propelente no es la gran noticia: el unobtainio, el flebotinum aplicado, el handwavium o lo que sea que estén usando para fabricar estas armas sí lo es). Incluso entonces, seguirás siendo destruido por todas las reacciones nucleares desencadenadas por el arma con todo el aire entre usted y su objetivo.

¿Qué ventajas y desventajas tendría esta arma?

Esta pistola dispara armas nucleares. Esa es la única manera real de pensar en ello. Voy a decir que tiene una usabilidad estricta solo de largo alcance, y solo en condiciones de atmósfera cero .

Nota: Como dice Allan en su respuesta , también debes hacer algo con respecto al retroceso. De lo contrario, su arma de repente estará detrás de usted (con las partes de usted que están detrás del arma que ya no están unidas al resto de usted), y no querrá estar parado frente a su arma nuclear a quemarropa. .

Si asume que la bala se dispara a velocidades extremadamente altas, independientemente de cuál sea o haga el propulsor, el problema inmediato que tiene es el retroceso del arma. Si su bala sale volando a 100X la velocidad de un arma normal, entonces tiene 100X el retroceso en su arma. Olvida el daño que le hará a tu objetivo, considera en cambio el daño que te hará a ti. Para contrarrestar esto, necesitaría algo que soporte el arma (por ejemplo, una armadura motorizada o una montura de arma) o algún tipo de amortiguación de inercia al estilo de Star Trek (en realidad, eso se llama mal https://en.wikipedia.org/wiki/Inertia_negation ) para reducir o eliminar el retroceso de cada disparo.

Debo estar un poco en desacuerdo con un montón de otros carteles. Asumiendo costos razonables, este propulsor en realidad tiene un uso. Tienes una sustancia razonablemente estable con liberación de energía a nivel de antimateria. Como sugirió Mauser, sería una buena ojiva para su proyectil, pero preguntó sobre su uso como propulsor.

El "arma" que estoy imaginando es demasiado grande para ser móvil, solo podría servir como una defensa fija para alguna instalación de alto valor. Tome una montaña conveniente, taladre un agujero en ella. Está equipado con un cañón de artillería grande pero ordinario (pero de ánima lisa) y una cámara sustancial está hueca detrás de esto. En esa cámara pones un montón de agua y una pequeña cantidad de propulsor.

Dado que no tiene capacidad de atravesar con el arma, tendrá que usar proyectiles guiados. También necesitará un montón de estos (pero los necesitará de todos modos ya que esta arma tendrá una cadencia de fuego muy baja).

Este cañón puede superar a la artillería convencional; una pieza de artillería ordinaria no tiene forma de acelerar su proyectil a una velocidad superior a la velocidad de expansión de lo que sea que lo propulsó. (Hay algunas soluciones muy complejas para esto que implican proporcionar propulsor adicional mientras baja por el cañón, pero incluso esas tienen límites). Su velocidad solo estará limitada por lo que su proyectil pueda tomar durante el lanzamiento (los barriles más largos aumentarán esto) y lo que puede sobrevivir sin ser destruido por su paso por la atmósfera.

Tenga en cuenta que algo de este tipo realmente disparó un tiro: el "propulsor" era una bomba atómica .

Según las otras respuestas, una pistola, un cañón o un dispositivo similar simplemente no es práctico. Sin embargo, Rob Watts puede haber encontrado una forma de cumplir las condiciones: en lugar de un arma, necesitas un cohete de antimateria.

Si bien hacer un cohete de antimateria del tamaño de una bala puede ser problemático, si imaginamos una tecnología muy avanzada capaz de hacer una trampa de antimateria que pueda caber en un proyectil del tamaño de una botella o una lata de refresco. La carga propulsora de diez gramos espera suspendida en el vacío hasta que se dispara el cohete, después de lo cual se permite la entrada de materia normal en la cámara del reactor. Los potentes campos magnéticos guían las partículas de reacción cargadas fuera de la boquilla para generar empuje, sin embargo, también se produce una bola de fuego de radiación gamma, por lo que esta no es un arma portátil.

Cohete básico de antimateria

Controlar y dirigir la reacción. Los mesones cargados son guiados por las bobinas magnéticas. Los mesones sin carga y los rayos gamma saldrán en todas las direcciones.

La bola de fuego de radiación fuerte matará a cualquier ser vivo cercano, mientras que la radiación térmica intensa prenderá fuego a cualquier cosa inflamable. Esta será una versión minúscula y muy intensa del " SLAM " ( Misil Supersónico de Baja Altitud ) desarrollado a fines de la década de 1950.

Ahora imagina que esto es del tamaño de una botella de vino...

Tiene un propulsor muy denso en energía, solo debe usarse con cuidado. No pienses en él como un propulsor, sino como el más alto de los explosivos. A continuación se muestra una receta para un arma muy eficaz basada en este "propulsor".

1. Ponga una cantidad muy pequeña de propulsor en un caparazón fusionado
2. Dispara al objetivo usando propulsores convencionales

Un arma de fuego que dispare esta munición probablemente podría destruir cualquier vehículo o estructura.

Creo que los límites estarán en la fuerza del "arma" y el diseño de la cámara. Tuve esta idea hoy y no se explica en ninguna parte. Utilizar propulsores de alta energía en armas pequeñas o de mayor calibre. Creo que hay límites, pero estoy seguro de que el tamaño de la bala podría reducirse, el cañón y la recámara podrían reforzarse mucho. ¿O por qué no un diseño de bala de dos etapas? ¿Una pequeña carga para ponerlo en marcha y luego una munición tipo cohete de alta energía? Sigo pensando que las armas que usan esta tecnología podrían ser muy pequeñas. Balas que parecen clavos en cargadores de súper alta capacidad. Usando pequeñas cantidades de propulsor, el peso es todo un proyectil, si puede contener la explosión usando los materiales existentes. Tal vez usando ventilaciones especiales para asegurar que el arma no explote. muchas preguntas