¿Qué material usar para una nave espacial blindada del futuro cercano?

¿Por qué molestarse en seleccionar un solo material cuando puede tener varios?

Armadura compuesta

Las armaduras compuestas están formadas por capas de material que pueden absorber, reflejar o neutralizar diferentes tipos de impactos cinéticos y energéticos. Cada capa puede especializarse para diferentes tipos de interacciones basadas en el espacio y desplegarse como paneles modulares que pueden reemplazarse con (relativa) facilidad. Además, no necesita confiar en materiales futuros, sino en materiales que ya están bien estudiados y en uso hoy.

Capa más externa: ablativa (absorción térmica, carbono fenólico) para disipar la radiación de alto calor y ralentizar los impactadores

capa secundaria - cerámica para disipar la alta energía de los impactadores cinéticos

Capa terciaria: armadura reactiva explosiva para reducir la eficacia de los explosivos de gran potencia (misiles grandes) y derrotar/redirigir cualquier impactador que haya superado las otras capas. Esto también logra generar campos de escombros mortales al expulsar las piezas de la capa de cerámica como proyectiles de alta velocidad.

Capas más internas: aleaciones de metales pesados ​​(hierro, acero, etc.) para la estructura y para absorber grandes cantidades de radiación

Por supuesto, estos se pueden reorganizar para adaptarse a las necesidades, y se pueden introducir otras capas según sea necesario para una mayor especialización de la artesanía. Cada capa sucesiva irá más allá para derrotar también esos ataques no convencionales.

Exactamente cómo se despliega esta armadura también es bastante flexible. Mi imagen mental es que la capa de la estructura interior es en su mayor parte sólida, formando el verdadero casco de la nave, y está rodeada por paneles que contienen las otras capas. Debido a la armadura reactiva y la cerámica, un impacto o detonación lo suficientemente fuerte hará que un panel o área de paneles se debilite o se vuelva inútil, y requerirá que se reemplacen. Las utilidades de reparación de barcos automatizadas pueden hacer que esto sea un problema un poco menor, especialmente en contextos de combate.

Hay, por supuesto, desventajas en este tipo de armadura, que se relacionan principalmente con un gran grosor y costo general. Dicho esto, el costo no es un problema, y ​​el grosor sería secundario a la protección en una nave espacial multimillonaria.

espuma de poliestireno

• La espuma de poliestireno u otra espuma de poliestireno expandido tiene poca masa. La baja masa de inercia significa que es más barato mover y más barato detenerse.

• El barco de espuma de poliestireno puede ser inmenso: un kilómetro cúbico o más. Será difícil saber dónde están las partes importantes en el interior.

• El barco de espuma es fácil de reparar agregando más espuma.

• Los explosivos que detonan al chocar contra un barco de espuma arrastran pedazos de espuma. Las piezas duras del barco no se convierten en metralla / proyectiles para transportar energía más profundamente en el barco.

• Los proyectiles de alta velocidad atraviesan completamente la nave y salen por el otro lado. El barco se mantiene en tensión y, por lo tanto, se sella a sí mismo si se atraviesa un espacio que contiene presión.

• La espuma de poliestireno es barata. El dinero ahorrado se puede usar para comprar más espuma de poliestireno y hacer que el barco sea más grande.

  • La espuma de poliestireno es muy inflamable. Afortunadamente no hay oxígeno en el espacio.

  • Si se desea una protección adicional contra la radiación, se puede hacer usando grandes cantidades de agua contenida en los espacios dentro de la espuma de poliestireno.

  • Si se desea una protección contra proyectiles adicional, esto puede lograrse de manera ad hoc ventilando grandes cantidades de agua para ocupar el espacio próximo al objeto que se está protegiendo.

Hay mucha ciencia ficción en la que básicamente toman un asteroide de hierro y níquel cerca del sol para quemar el exceso de material y luego perforan nuestro centro, a veces alargando la gota fundida primero para formar un casco barato y grueso, el más resistente depende de espesor y masa más que material exótico. Hay otros en los que el polvo lunar barato de sílice/aluminio se comprime y calienta para formar una armadura de placas ablativas.

Creo que esto depende mucho del tipo de cosas de las que quieras protegerte.

Actualmente, realmente no "blindamos" naves espaciales para ningún tipo de combate. Tenemos escudos térmicos y/o abladores para el reingreso, y luego un material denso similar a la espuma para absorber impactos de micrometeoritos o escombros.

Los escudos magnéticos "realistas" protegerían del plasma o la radiación solar o incluso posiblemente de algunas armas de partículas; pero desviar terrajulios de energía es pura ciencia ficción para cualquier defensa magnética.

Los rayos o rayos de partículas pueden contrarrestarse expulsando paja reflectante o polvo que absorbe, refracta o difunde la energía.

Las respuestas anteriores cubren bastante bien los misiles y los impactadores cinéticos.

Para los materiales, desea algo denso pero ligeramente maleable para su ablator cinético, y si estamos hablando de un "futuro cercano", probablemente será algún tipo de nanomaterial memético; Cerámica autoreparadora con alto contenido de carbono como esa "masilla cinética" infundida con material ferroso y unida tanto física como magnéticamente al casco. Cuando su impacto cinético (o un misil) golpea (lo que sea que atraviese sus defensas puntuales y la capa de armadura reactiva externa), el ablador se deforma y parte del casco sale volando, pero lo que no se destruye o expulsa demasiado lejos del casco sería atraídos por la fuerza magnética y luego reformados por las propiedades 'meméticas' de los materiales.

Probablemente desee dos capas reactivas: una capa externa que no cubra todas las superficies, pero sí sus efectos. Piense en los paquetes reactivos de los tanques modernos; solo cubren una pequeña parte de la superficie del tanque, pero protegen de los ataques que llegan a la mayoría de los vectores. Luego tiene su capa de "blindaje" (ablación, en su mayoría), luego tiene una capa inferior de contramedidas de emergencia, luego tiene su casco primario y secundario.

Las defensas puntuales y las contramedidas también serían muy preferibles a la armadura real. La maniobrabilidad es una mejor defensa que la armadura, particularmente en rangos muy largos donde cualquier ataque entrante tardaría segundos, minutos, horas en llegar al objetivo. Si tiene un haz de partículas con un alcance efectivo de 1 segundo luz, este es un "alcance cercano" para tal arma (menos de 1 segundo para que el objetivo detecte y responda al ataque entrante). Con cañones de riel: 5,000 a 20,000 metros por la segunda velocidad del proyectil les daría rangos "efectivos" de quizás 100k metros. Claro, el proyectil seguirá pasando eso, pero el objetivo tendrá segundos o minutos para trazar su trayectoria y apartarse del camino.

¿Por qué no inventar el tuyo propio? Muchos escritores también lo hacen. No solo como estilo explicado tampoco.

En mi propio universo de ciencia ficción tengo un material que es esencialmente una aleación de carbono/hierro/titanio llamado Damascium después de Damascus Steel. La idea es que, dado que recientemente descubrieron nanotubos de carbono en el acero de Damasco real, finalmente lo revirtieron y agregaron algo de titanio y algunos otros elementos y... listo, un metal superligero, fuerte y no magnético para naves espaciales.

Razonablemente creíble, compuesto de recursos bastante comunes, y puedo manipular sus propiedades un poco según sea necesario sin tener que investigar mucho. 3 pájaros de 1 tiro.

Hay tres cosas contra las que la armadura necesita defenderse: impactos cinéticos, láseres y radiación ionizante.

Para la cinética, desea un Whipple Shield, una capa delgada de material para impactar el proyectil en plasma y otra capa para bloquear la metralla resultante. Desea que las dos capas estén muy separadas para permitir que la metralla se disipe. En algunos casos, hacer que la armadura sea más gruesa empeora las cosas, ya que la capa exterior más gruesa genera más metralla.

Los láseres pueden causar daño al calentar el objetivo o al pulsar lo suficientemente rápido como para volar pedazos. Para defenderse de esto, necesita un material que sea reflectante, que tenga una alta capacidad calorífica o conductividad térmica, y que se deshaga lentamente cuando se dispara repetidamente mientras sigue siendo reflectante.

La protección contra la radiación se usaría para defenderse contra la radiación de fondo o para protegerse contra los haces de partículas y las armas nucleares. La armadura de radiación podría complementarse con un generador de campo magnético para proteger contra bremsstrahlung.

La armadura de radiación sería la capa más interna de la armadura, seguida de un escudo de látigo, con algo de armadura reflectante-ablativa anti-láser en la superficie. Existe una compensación entre la armadura anticinética y antiláser, ya que muy poca armadura antiláser permitirá que el enemigo atraviese el escudo de látigo con su láser, siguiendo con la cinética. Por otro lado, demasiada armadura antiláser generará más metralla cuando sea golpeada por la cinética.

¿De qué lo harías? Fibra de carbono, titanio, carbotanio.

Pero no veo que tenga ningún sentido que las naves espaciales estén blindadas. Piense en las velocidades involucradas con las naves espaciales, y luego piense en lo que un penetrador de uranio empobrecido bastante pequeño le hará incluso a una nave bastante bien blindada. Como estamos hablando de un futuro cercano, ¿cuál es el plan para llevar todo este peso de armadura al espacio?

Los buques de guerra marítimos modernos no están blindados simplemente porque no es posible blindarlos contra amenazas probables; es mucho mejor ahorrar recursos y construir más barcos, o concentrarse en armamento ofensivo y sistemas defensivos.

Ok, primero queremos un casco multicapa para nuestra nave.

Todas las Capas se construirán a partir de Nanobots como en unidades de autoensamblaje y reparación.

Capa de escudo de plasma

Esta capa implementará campos magnéticos "diseñados" que contendrán nuestro escudo de plasma mediante el uso de nanobots diseñados específicamente. Esta capa tendrá tantas capas de nanobots de reemplazo como se considere apropiado.

"Los estudiantes prueban que es posible un escudo deflector de Star Wars en la vida real" - https://www.extremetech.com/extreme/181773-physics-students-figure-out-how-to-make-star-wars-deflector-shields- en la vida real

"Las computadoras crean una receta para dos nuevos materiales magnéticos" - https://pratt.duke.edu/about/news/predicting-magnets

El Plasma Shield será resistente a la mayoría de las formas de ataques y objetos encontrados. El plasma y el sistema de contención magnética dependerán de la energía suministrada.

Basado en el trabajo realizado desde la década de 1960 hasta principios de la década de 1970 "Proyecto Rover" - https://en.wikipedia.org/wiki/Project_Rover Llegamos a Nuclear Thermal Rockets, la parte aquí es la parte del reactor nuclear que fue certificada como espacial antes de la financiación. fue cortado. Los avances aquí pueden suministrar hasta 25 gigavatios de energía por generador.

Capa de calor y energía cinética.

Habrá múltiples capas de Nanobots entrelazados diseñados para proporcionar la máxima protección contra el estrés. Las unidades dañadas se repararán eliminando para reciclar cualquier unidad que esté por debajo de un valor especificado y reemplazándola por la unidad más cercana debajo de ella. Esto se propagará a través de la capa de protección más interna. Los restos reciclados de las unidades defectuosas se utilizarán para construir nuevas unidades.

Si asumes que puedes lanzar todo en el espacio, tengo un enfoque histórico para construir una nave realmente grande que es extremadamente resistente: una nave espacial tipo búnker, hecha de hormigón armado.

Explicación Vivo en Bretaña donde los nazis durante la Segunda Guerra Mundial crearon tres búnkeres extra resistentes. Esta es la base submarina de Lorient, artículo de Wikipedia aquí (lo siento, está en francés, no puedo encontrar el inglés). Es parte del muro atlántico, pero ese no es el punto aquí. El punto es que esto es realmente resistente. De hecho, virtualmente indestructible. Las fuerzas aliadas lo bombardearon con un Tall Boy (2 toneladas de bomba explosiva), hizo un gran cráter pero el búnker aún funcionaba. Esto se debe a la arquitectura.

Arquitectura El techo del búnker se compone de dos capas: una capa de viga de hormigón de 3 metros de espesor, utilizada para provocar la explosión, un espacio vacío, que juega el papel de cámara de explosión y el techo real de 3 metros de espesor nuevamente. Proporciona un techo casi indestructible.

Adaptación a una nave espacial La nave espacial está contenida en el centro de la estructura de hormigón, podría ser una estación de batalla (como la Estrella de la Muerte) o un acorazado, pero no debería ser una pequeña lanzadera, sería ridículo. El búnker que les dije es una base de submarinos, el barco también podría ser un portaaviones.

Ventaja del escenario Las cosas que parecen nazis se convierten en villanos fáciles (como el casco de Darth Vader o el oficial imperial en Star Wars).

Problemas Es difícil incluir armamento y propulsión sin crear un punto débil. Es difícil de enviar al espacio.

¡Espero que ayude!

Editar: aquí está el artículo en inglés, pero está lejos de estar completo, en comparación con el francés.

Pensé que valía la pena mencionar algo que no es sólido. Consideraría (estar en el futuro) un orbe de gas de varios cientos de kilómetros de ancho sostenido en su lugar por la masa gravitatoria de la nave. ¿Quién sabe? Tal vez tener tu propia atmósfera paga en el espacio. los objetos se quemarían a medida que se acercaran... el diámetro del gas sería tan grande que sería poco probable que fuera una armadura. En el espacio profundo no hay razón para no tener algo no sólido como tu piel. Tal vez se disperse fácilmente pero se reemplace fácilmente como una araña, rociando una sustancia que se expande desde un estado "inactivo" y / o un bote de gas comprimido yadda yadda. ¡Es espacio! Podrías tener una burbuja del tamaño de un planeta si quisieras. No hay necesidad de una galleta endeble y una armadura de placa de galleta que dificulta el lanzamiento. blanquear