¿Qué tan sigiloso puede ser un proyectil de alta velocidad para el combate espacial?

Las armas de proyectiles de alta potencia, que a menudo disparan rondas cercanas a la velocidad de la luz, son un elemento básico de la ciencia ficción. Bajo ciertas suposiciones, estas armas son válidas, no estoy interesado en la ciencia (o la falta de ella) sobre cómo construir tal arma, pero me he preguntado por un tiempo sobre un aspecto particular de tal arma, detección. esta excelente respuestaindica que cualquier proyectil que viaje cerca de la velocidad de la luz se reducirá a una nube de plasma por sus continuos impactos con los átomos y el polvo del medio estelar muy rápidamente. A velocidades relativistas más bajas, verá el mismo efecto solo que un poco más lento. Incluso si asumimos que los proyectiles en cuestión viajan lo suficientemente lento como para hacer su viaje designado, todavía arrojarán algo de masa y serán iluminados por la energía de los impactos moleculares durante el viaje hacia su objetivo. El plasma brillante que los rodeará hará que sea relativamente fácil detectarlos en el camino y posiblemente defenderse de ellos de alguna manera.

¿Hay algún material en el que se pueda enfundar un proyectil relativista que minimice este efecto y permita que tales armas pasen desapercibidas en tránsito durante el mayor tiempo posible?

Al responder a esta pregunta, ignore los impactos más grandes con polvo y micro-meteoros que serán raros y, debido a su tamaño, inevitablemente altamente destructivos. Concéntrese en los efectos del viento solar y su mitigación, y velocidades de proyectil de aproximadamente el 10% de la velocidad de la luz.

A menos que postule una detección más rápida que la velocidad de la luz, la respuesta estándar de SF es que detecta una ronda entrante cercana a la velocidad de la luz (o nube de plasma) justo antes de que lo golpee, por lo que no tiene tiempo para hacer algo al respecto. Si quieres una ronda sigilosa, usa un misil que no viaje a velocidades relativistas, luego ponle hardware que haga que sea más difícil de detectar. La radiación detectable de una ronda que viaja cerca de la velocidad de la luz no es mucho más rápida que la ronda (en la dirección en que viaja), por lo que la verá antes del impacto solo si se dispara a distancias muy largas.
Es muy importante las distancias entre el atacante y el objetivo. Eso puede significar que no se necesita ningún cambio o algo especial.
@MarkRipley Un proyectil que hace 0.1C va lo suficientemente rápido para que los impactos creen una radiación detectable significativa y lo suficientemente lento para que la detección le haga bien si está en el extremo receptor y esa fue la velocidad especificada.
@Trioxidane Esa es una pregunta con la que me he estado golpeando la cabeza durante mucho tiempo sin una respuesta significativa. Lo sé por la configuración particular en la que estoy trabajando en el momento en que las computadoras comienzan lo suficientemente bien como para disparar una ronda balística a través de un sistema solar y golpear un objeto de tamaño similar también en una trayectoria balística el 75% del tiempo y mejoran a partir de ahí, pero una ronda en realidad no va a sobrevivir ese viaje a velocidades lo suficientemente altas como para usarse en el combate de barco a barco, ni otro barco permanecerá balístico mientras se le dispara.
@Trioxidane A los efectos de esta pregunta, el rango final del disparo no es tan importante. Me preocupa lo que podría hacer con una babosa, o cubrirla, para dificultar la detección.

Respuestas (4)

Las partículas con las que impactarás son de dos tipos: cargadas y neutras.

Proporcionar a la bala un campo magnético desviará las partículas cargadas y solo te dejará impactar las partículas neutras.

Esto dará como resultado una huella digital más baja y una detección más difícil.

Y los vientos solares son básicamente partículas cargadas , habrá una onda de proa pero estará demasiado cerca del proyectil para una ventana de detección significativa.

Instale un poderoso refrigerador en el proyectil. Los serpentines de refrigerante frío cubren la superficie delantera. El calor de las colisiones moleculares se bombea desde el frente hacia atrás, donde se irradia. Si la tasa de generación de calor de las colisiones coincide con la tasa a la que se irradia el calor, el proyectil no alcanzará temperaturas excesivas. El radiador debe alejar el calor de cualquier persona que pueda verlo.

Alternativamente, o además, equipe el proyectil con un campo magnético extremadamente poderoso suficiente para redirigir las partículas cargadas entrantes hacia los lados. Algo así como un estatorreactor Bussard , excepto que desea empujar las partículas en lugar de canalizarlas hacia el centro.

Todo este equipo aumentaría la masa requerida del proyectil, pero es mejor que el proyectil tenga una sección transversal pequeña, para reducir las colisiones. Entonces el proyectil tendría la forma de una barra larga y delgada.

Install a powerful refrigerator in the projectile. Construir un refrigerador, con una fuente de energía y todo lo que se necesita, que sobreviva a una gran cantidad de aceleración que experimentará un proyectil que se acelera a la velocidad de la luz sería todo un logro.
@Bartors No se especificó cuánto tiempo se le da al proyectil para acelerar. El daño del equipo debido a la aceleración no es un problema si acelera como máximo unas pocas G durante semanas o años. Si estuvieras pensando que aceleraría a velocidades relativistas en el cañón de un arma relativamente corta, tendrías que invocar la magia; ningún objeto sólido podría sobrevivir a esas aceleraciones, y el retroceso destrozaría cualquier cosa sobre la que estuviera montada la pistola, así como la pistola misma.
Se especificará que el proyectil se utilizará en "combate espacial". Y aunque técnicamente podría significar sistema solar a sistema solar o galaxia a galaxia, mi entendimiento era de un entorno de combate más "dinámico". Estoy de acuerdo en que acelerar a la velocidad relativista es "cañón corto" es imposible con el material actual, pero he leído algunos lugares sobre un proyectil de cañón de riel que sobrevive a 60 kG, mucho más allá de lo que podría sobrevivir un objeto más complejo que un bloque sólido de metal (recuerdo un documento donde se afirmaba que un proyectil de tanque de alta tecnología sobrevivió ~50G)
@Bartors 60,000 Gs a través de un arma de 1 km de largo solo lo llevaría al 0.01% de la velocidad de la luz. Si quieres llegar a 0,9C con esta aceleración, tu arma tiene que tener 60 millones de kilómetros de largo. Ahora, tal vez su arma tenga solo 1 km de largo y acelere en cambio a 600,000,000,000 Gs; esto lo llevaría a 0.9C pero ningún material podría sobrevivir. Tal vez su arma acelere de una manera que el proyectil no sienta nada, como la gravedad. Entonces podrías enviar un frigorífico sin problema.
Otro hecho interesante: cuando se irradia el calor hacia atrás, se gana una pequeña cantidad de aceleración.
@causative No digo que no tengas razón porque la tienes, pero sí especifiqué 0.1C, que sigue siendo obsceno, pero no tanto como 0.9C.
@causative La idea de refrigeración es linda, pero las consecuencias de una fuga serían catastróficas para la precisión. El campo magnético es mejor.
@causative:> 60,000 Gs a través de un arma de 1 km de largo solo lo llevaría al 0.01% de la velocidad de la luz. Este era mi punto, una pieza endurecida de equipo militar puede sobrevivir 60 kg, un refrigerador sobreviviría mucho menos.

Además de las propuestas ya existentes de deflexión magnética y/o refrigeración, se puede utilizar un esquema de refrigeración mucho más sencillo.

Los refrigerantes (por ejemplo, helio líquido, nitrógeno o cualquier otro buen refrigerante evaporativo, dependiendo del requisito de temperatura superficial) pueden dirigirse al "frente" del proyectil, absorber calor y expulsarse del proyectil. Con un diseño adecuado, este sistema de enfriamiento requiere muy pocas piezas móviles y maquinaria compleja y costosa.

Por supuesto, la desventaja es que el proyectil se vuelve más ligero durante el vuelo, lo que no es una buena idea para los proyectiles relativistas, pero con proyectiles más baratos siempre puedes disparar más para compensar la pérdida de energía cinética.

El enfriamiento evaporativo funciona porque una sustancia roba energía de su entorno, debido a que se evapora en un umbral determinado, por lo que si alcanza el umbral debido al intercambio aleatorio de energía (movimiento de calor) en el sistema, escapa del sistema teniendo más energía promedio que el resto del sistema. El problema es que requiere aire circundante, en el vacío simplemente se evapora instantáneamente. Otro problema es que, dado que está en el frente, es lo primero que se calienta, por lo que tiene sentido tener un material que cuando se calienta, simplemente se rompe y se queda atrás...
Y, por último, la cantidad de energía que podría disiparse mediante el enfriamiento por evaporación parece demasiado baja en comparación con lo que calculó Nepene Nep.
@MarkusvonBroady Me refiero a un sistema que deposita el calor en el refrigerante, como tubos de calor incrustados en la parte delantera del proyectil. La palabra "evaporativo" se usa porque el cambio de fase es muy efectivo para absorber el calor, y la baja temperatura de la superficie requerida para evadir la detección de la firma de calor deja poco espacio para que el refrigerante absorba el calor al aumentar la temperatura. Creo que lo que mencionaste está más cerca del material ablativo, que opera con el mismo principio de cambio de fase.
En cuanto al cálculo, intentaré hacerlo yo mismo para ver si es realmente viable, mientras tanto, puede valer como referencia el vaporizador de hidrógeno de Toughsf, que tiene la misma idea (aunque en una escala diferente)
Cada gramo de hidrógeno líquido almacenado a 5K puede generar alrededor de 270J del sistema justo después de la evaporación, lo que, según Nepene Nep, puede proporcionar 6 segundos de enfriamiento. (A este ritmo, también podríamos considerar la radiación solar, pero eso está fuera del alcance de esta discusión). Para que un proyectil atraviese una distancia de 1AU, se necesitan 4990 segundos. Esto corresponde a 832 g de hidrógeno líquido. Este número en sí no es malo, pero considerando la atroz densidad del hidrógeno líquido, se necesita un mejor refrigerante. El nitrógeno es un buen candidato, pero su punto de ebullición puede ser demasiado alto para un sigilo efectivo.
Nuevamente, ¿por qué necesita "enfriar", "depositar calor", etc. Todo lo que necesita es un material en el frente, que se calienta y luego se cae? Efectivamente, la cantidad de "enfriamiento" que puede hacer es solo la capacidad térmica del material en el frente.
porque, en mi opinión, un material que es lo suficientemente resistente y se rompe a la temperatura correcta (para que la radiación del cuerpo negro no indique su presencia en todo el sistema solar) es un poco más difícil de diseñar que las tuberías de calor incrustadas en una armadura de grafito que están conectadas a un tanque de nitrógeno líquido
Hmmm... Estoy pensando, tome una relación óptima de alto punto de fusión, baja conductividad térmica y alta capacidad térmica, póngala en forma de cono, la ingeniería realmente se reduce a esas capas del cono para que se conserve la forma del cono. a medida que el material se derrite y sigue deslizándose. Lo percibo como un diseño mucho más simple que básicamente construir una nevera dentro de una bala. No solo eso, sino que no veo cómo en el vacío del espacio, la transferencia de calor de adelante hacia atrás y el uso de gas para liberar este calor podría liberar más energía que evitar la transferencia de calor y simplemente liberar cosas calientes. 🤔
"alto punto de fusión" Esto anula instantáneamente el objetivo del sigilo. Para que un material se derrita a alta temperatura y se desprenda, primero tiene que alcanzar esa temperatura. Y antes de alcanzar una temperatura de, digamos, 1000 K, el telescopio infrarrojo puede verlo en el lado opuesto del sistema solar. Eso suponiendo que el material se deslice al principio. En el espacio no hay aire para expulsar el material, y la fuerza generada por el impacto del medio estelar es prácticamente inexistente (en la magnitud de 10^-20N por segundo). Todo lo que se derrita se quedará allí.
Dije "proporción óptima". Su gas también está caliente cuando lo expulsa, ¿verdad? De lo contrario, está enfriando menos el objeto. ¿Cuál es la lógica que me falta aquí, por qué es mejor conservar parte de la energía mientras se transfiere al gas, en lugar de expulsar la energía en su totalidad? En cuanto a deslizarse, justo, tal vez necesites algo que se evapore...
Caliente en el sentido de decenas o como mucho <200K. Sí, esto es muy ineficiente, pero el sigilo en el espacio tiene que ser ineficiente si es sigiloso. "¿Por qué es mejor conservar parte de la energía mientras se transfiere al gas, en lugar de expulsar la energía en su totalidad?" ¿Qué? para cualquier refrigerante o temperatura de salida que use, la energía térmica total que sale es la misma. El problema es que si bien el uso de refrigerante a alta temperatura es muy eficiente, también emiten radiación infrarroja que es increíblemente fácil de detectar en el espacio. Por lo tanto, es importante mantener baja la temperatura de la superficie para evitar la detección.
No puedes simplemente tomar todo el calor del frente y moverlo a algunos átomos hacia atrás y expulsarlo. Algo de calor se disipará internamente en toda la bala. Claro que puede usar los principios de refrigeración para mantener baja la temperatura total, pero se vuelve cada vez más difícil a medida que desea bajar la temperatura. Mientras tanto, puede enviar una bala con una temperatura cercana a 0K y un escudo de gas congelado, que tan pronto como se calienta a una temperatura probablemente aún por debajo de la temperatura de funcionamiento de la bala del refrigerador, se evapora localmente, eliminando el más caliente (y por lo tanto irradiando) elemento de la bala.

No se pueden robar.

Cada colisión con un protón genera (1,6726219*10^-27 kilogramos) 30000000^2= 1,5 10^-12 julios de energía. Suponga un proyectil de 100 cm de área y 3 proyectiles por centímetro cúbico. Cada treinta millones de metros de movimiento, cada segundo se calentarán 45 julios.

20 vatios son suficientes para detectar la Voyager 1 desde 18 mil millones de kilómetros de distancia. Sería suficiente para detectar su proyectil, especialmente con tecnología espacial futurista.

¿Qué tan sigiloso puede ser un proyectil de alta velocidad para el combate espacial?
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