Satguns: cañón de riel en un satélite con capacidades evasivas

Entonces, se acerca la guerra fría de los cañones de riel: http://www.popsci.com/an-electromagnetic-arms-race-has-begun-china-is-making-railguns-too

Y me imagino que los poderes fácticos serán menos tímidos a la hora de usar estas armas más baratas que no son de destrucción masiva, en lugar de los caros misiles balísticos intercontinentales que se disparan a lo grande.

Entonces, en mi historia, preparándose para ese probable primer ataque, que tendría como objetivo eliminar los cañones de riel del adversario, a los EE. UU. le gustaría proteger sus cañones de riel colocándolos en pequeños satélites en órbita. El propósito de esto es permitir la evasión completa (esquivar) de los disparos de cañón de riel entrantes (que provienen de la superficie de la Tierra). Además, realmente quiero un Satgun súper genial que pueda sorprender a los malos al "hacerse a un lado" de su ataque supuestamente imparable.

Sin embargo, los requisitos para un cañón de riel efectivo en un satélite parecen entrar en conflicto directo con las capacidades evasivas. No voy a pedir ciencia dura aquí, porque me doy cuenta de que esto puede estar bastante más allá de nuestro nivel tecnológico actual. ¡Así que es ciencia ficción! La historia se puede establecer en cualquier punto entre 2020 y 2100.

Mi pregunta es: ¿Cómo construiría EE. UU. un satélite que pueda usar su propio cañón de riel y evadir los disparos de cañón de riel provenientes de la superficie de la Tierra?

Aclaraciones:

A pesar de lo que puedan sugerir los enlaces anteriores, no estoy decidido a que China sea el adversario en la historia, y solo estoy pensando en EE. UU. porque parecen tener la tecnología más avanzada en este campo y, por lo tanto, la mejor. posibilidad de sacar un Satgun.

Los cañones de riel (tanto en Satguns como en la Tierra) son sus cañones de 32MJ cotidianos y sencillos, como los que la Marina de los EE. -railgun-más-poderoso/

Las babosas no son guiadas, simplemente vuelan hacia arriba y hacia abajo muy rápido.

Mis Satguns deben ser:

  1. A efectos de evasión:

    • Tan pequeño como puede ser
    • Altamente maniobrable (depende de si podemos detectar una bala entrante muy pronto)
    • Capaz de recibir una advertencia sobre un slug entrante a tiempo para una maniobra evasiva exitosa (los sensores reales no tienen que estar a bordo, pero los datos sobre un slug específico que se dirige hacia un satélite específico deben llegar al satélite a tiempo)

  2. Por contener y usar su cañón de riel:

    • Lo suficientemente grande como para contener el/los cañones de riel y el suministro de energía (lo más pequeño que se me ocurre que dará suficiente energía es un reactor nuclear)
    • Lo suficientemente grande como para almacenar munición: al menos cien balas (ya que no puedes reponer fácilmente la munición agotada en el espacio)

    • Manejar el retroceso (he leído algunas ideas geniales sobre el uso de la energía de retroceso en lugar de absorberla)

                                • ¡BOOM! ! !

Odio hacer esto, pero obligado por el deber debo hacerlo. Seguramente, no estás realmente interesado en los pensamientos secretos de los científicos del ejército. Sugiero que se elimine esa desafortunada frase. Hay menos distracción al hacerlo. Deje que se centren en la cuestión del diseño.
La desventaja de las armas orbitales es que son predecibles. Es fácil saber cuándo están en el rango de orientación de su territorio. Fácil de apuntar también. Hay mejores armas antisatélite que los cañones de riel de superficie. Con su escenario, esto solo iniciará una carrera armamentista satgun.
Un cañón de riel (o cualquier lanzador masivo) está sujeto a la tercera ley de movimiento de Newton. El acto de lanzar la bala cambiará sustancialmente la órbita.
Sé que esta no es una pregunta de ciencia dura, pero ¿puedes ponerle algunos números duros a esta pregunta? En particular, qué tan maniobrables deben ser en realidad. Si está evitando una bala de cañón de riel no guiada, disparar su propio cañón de riel probablemente perturbará su propia órbita lo suficiente como para que falle. Sin embargo, si están disparando proyectiles guiados , las capacidades de las armas guiadas enemigas son fundamentales para medir el orden de magnitud de la maniobrabilidad necesaria.
Esto suena genial, pero tiene problemas. EE. UU. derribó un satélite en los años 80, y nuevamente en 2008; por supuesto, no estaban tomando medidas evasivas. Un cañón de riel orbital suena súper increíble, pero un arma Rods-From-God es quizás más práctica, quizás. Los cañones de riel son duros consigo mismos y se calientan mucho, ninguno de los cuales es bueno para un proyecto orbital. Las armas de proyectiles no se usarán contra satélites que se sabe que pueden evadir, excepto tal vez en las inevitables nubes en cascada de Kessler. Y a velocidad LEO, solo tengo que dirigir una canica a tu contraórbita para acabar con tu plataforma.
@Cort Ammon: agregué "no guiado" a mis aclaraciones. El resto es parte de mi pregunta y está sujeto a cambios según lo que digan las personas que saben más que yo. Básicamente se trata de maniobrabilidad versus necesidad de permanecer en órbita, tan pequeño como puede ser versus debe ser lo suficientemente grande, y plausible versus lo que todos dicen en sus respuestas ...
@a4android: eliminó el comentario de "pensamientos secretos del ejército" por temor a ser golpeado por un proyectil misterioso desde la órbita (mirando sospechosamente al cielo cada dos minutos)
¡Sigue mirando el cielo! Misteriosos proyectiles orbitales pueden estar en cualquier lugar.

Respuestas (4)

Hay problemas con el armamento orbital y especialmente con un cañón de riel en órbita.

1: Las órbitas son predecibles. Siguen la mecánica newtoniana. Si quieres golpear algo en órbita, puedes calcular su posición en cualquier momento.

2: Las órbitas son palíndromos. Una vez que calculas una órbita, puedes poner algo (por ejemplo, un asesino de satélites) en esa misma órbita en la dirección opuesta. La órbita depende de la masa y la velocidad del satélite. Si su asesino de satélites es más pesado que su presa, puede moverse más rápido que su presa y, por lo tanto, compartir la misma órbita en la dirección opuesta.

3: El enfoque de escopeta funciona en el espacio. Todos los sistemas de defensa antimisiles tienen múltiples impactadores que salen volando, como una nube de perdigones de una escopeta. Incluso un objetivo evasivo podría no evadirlos a todos.

4: Una estrategia antisatélite de "tierra quemada" (¿espacio quemado?) desplegaría cargas de grava en el espacio, para recorrer órbitas dadas de habitantes. http://www.halfbakery.com/idea/Not-So-Brilliant_20Pebbles#1171766306

5: El tremendo retroceso de un proyectil lanzado con tanta energía tenderá a empujar el cañón del satélite en órbita fuera de su trayectoria. El cañón de riel satelital debe ser tan masivo que la fuerza de retroceso no lo mueva mucho, o tener motores capaces de compensar.

  1. Los rieles de los cañones de riel son duramente utilizados por los proyectiles y por el arco actual. Los cañones de riel actuales sufren mucho y los rieles deben limpiarse de escombros entre cada disparo.

Las soluciones: muchos pequeños cañones de riel de un solo disparo, prescindibles y baratos, lanzados en una enorme variedad de órbitas estables e inestables.

Cada cañón de riel se lanzaría idealmente desde un cañón de riel terrestre, o tal vez desde un híbrido de cohete de cañón de globo rockeloonannon . Estas pistolas de un solo disparo tendrían rieles de grafito (para reducir el peso) y se lanzarían con un condensador cargado capaz de alimentar un disparo. Se espera que después de este disparo, el cañón de riel salga disparado hacia atrás, probablemente fuera de su órbita.

Para el control de actitud y para apuntar, los pequeños cañones de riel tendrían giroscopios a bordo antes del lanzamiento. Estos no permitirían maniobrar pero permitirían la rotación para apuntar el arma.

Las órbitas serían muchas y variadas. Se utilizarían órbitas convencionales para satélites, así como órbitas muy elípticas.

de https://earthobservatory.nasa.gov/Features/OrbitsCatalog/page2.php Órbita de Molniya

Estas órbitas elípticas tienen la ventaja de que los pequeños cañones de riel entrantes se mueven muy rápido durante su aproximación; será difícil verlos venir.

También se podrían considerar pequeños cañones de riel en órbitas lunares.

Un grupo de cañones de riel en un camino orbital dado podría tener un centinela: los relojes más adelante o atrás a lo largo del camino. Si un asesino de satélites masivo viene por la misma órbita, el centinela descargará su proyectil en el asesino de satélites.

La idea es que habrá demasiadas de estas armas baratas de un solo disparo para obtenerlas todas, incluso con armas tipo "guijarros" que toman caminos orbitales completos fuera de servicio.

+1 por "espacio quemado". ¿Podrán armas tan pequeñas lanzar algo que sobreviva a la entrada hasta la superficie de la Tierra?
/entrada de supervivencia/ - Me alegro mucho de que me lo hayas recordado. Los cañones de riel pueden disparar un sabot conductor que contiene un proyectil de plomo revestido de cerámica. El plomo se derretirá allí pero la masa es la misma. O tus proyectiles pueden ser tungsteno u osmio; punto de fusión muy por encima de los 2000C de reentrada.
¡Charcos de plomo fundido por todas partes alrededor de la zona de impacto! ¡Me lo llevo! Me encanta cómo pensaste en defenderte de los asesinos satelitales. Supongo que lo mismo puede usarse contra naves lanzadas desde la Tierra, en su camino a la órbita.

Por lo que escribe, parece que necesita satélites de "uso único" (los cañones de riel pueden usar hasta 100 slugs en cuestión de segundos).

Eso es bueno porque no puedes "absorber" el retroceso; el impulso debe conservarse en un "sistema aislado", por lo que si dispara una bala en una dirección, el satélite se moverá en la dirección opuesta. no hay forma de evitar eso.

Para evitar el retroceso, debe tener dos cañones de riel disparando proyectiles idénticos en direcciones opuestas, probablemente poco práctico.

Lo que puede hacer es equilibrar adecuadamente el cañón de riel para que el disparo no haga que el satélite gire salvajemente y acepte el hecho de que después de su uso será empujado sin poder hacer nada fuera de órbita.

nota : esta es la razón por la que el armamento de los satélites suele ser armas de energía sin retroceso (por ejemplo, láseres).

Para "esquivar" el fuego entrante, tiene el problema opuesto: necesita una masa de reacción alta para cambiar repentinamente su impulso; afortunadamente ya tienes un subsistema pesado "ligeramente acoplado": el reactor de potencia.

Puede tener un reactor de potencia conectado con cables (relativamente) largos y "esquivar" "empujando" (pernos explosivos o resortes de gas comprimido) el reactor con tanta fuerza como sea posible sin dañar la maquinaria interna. Esto dejará el centro de masa fijo, pero "dos mitades" del satélite "saltarán a un lado" en dirección opuesta. Si es necesario, puede juntar las piezas nuevamente usando cabrestantes en los cables de conexión y repetir en el próximo ataque. Existe la posibilidad de que algún cable se golpee y se corte, pero ese sería un muy buen objetivo y se puede contrarrestar "simplemente" con un cableado redundante.

Me gustaría un enlace sobre los 100 slugs en cuestión de segundos. Cada disparo de cañón de riel que he visto en video es un gran evento orgásmico y una especie de trato de intromisión larga.
@Will: Este video muestra varios disparos a una tasa de subsegundos. Me sorprendería saber que pueden mantener cientos de disparos a ese ritmo, pero estamos en la etapa inicial de esta tecnología. Espero que esto esté limitado "solo" por el tiempo de recarga de los condensadores. Sin embargo, la disipación de calor en el espacio también puede ser un factor.
El tiempo del cañón de riel parece ser minutos por ronda en lugar de rondas por segundo m.youtube.com/watch?v=9PItPL7EZEc

No estoy seguro de si tu pregunta tiene sentido cuando miras los detalles.

  • Los misiles balísticos intercontinentales lanzan ojivas de fisión o fusión. Se ha pensado un poco en las ojivas convencionales para Prompt Global Strike , pero eso generalmente se ve como un uso ineficiente de un costoso sistema de entrega de un solo disparo.
  • Los cañones de riel dispararían proyectiles de energía cinética o explosivos químicos. Las rondas KE dependen de la masa y la velocidad del proyectil, aquí la velocidad adicional de un cañón de riel realmente ayuda. Las rondas químicas se basan en el relleno, aquí la velocidad adicional del cañón de riel ayuda principalmente a ampliar el alcance.
  • Un sistema de bombardeo orbital cinético también depende de la energía cinética, pero gran parte de ella proviene de la energía orbital del satélite. Primero, se gasta mucha energía para poner el satélite en órbita, luego un poco para frenarlo en un camino de reentrada. Esa energía proviene del motor del cohete durante el lanzamiento, luego se "almacena" mientras el satélite está en órbita.

Por lo tanto, podría tener un poco de sentido usar un cañón de riel en un satélite para "quitar de órbita" rápidamente un proyectil KE, pero la explosión no proviene del cañón de riel.

Con respecto a sus preguntas, disparar a un objetivo orbital con un cañón de superficie se toparía con todos los problemas de un proyecto de " supercañón ".

  • Si se imparte toda la energía en el lanzamiento, el proyectil no puede maniobrar e incluso un ajuste muy pequeño del rumbo del objetivo provocará un fallo.
  • Si el proyectil puede maniobrar, el cañón de riel es básicamente la primera etapa de un sistema de cohetes. La(s) etapa(s) superior(es) debe(n) poder sobrevivir a la alta aceleración del lanzamiento.

Por lo tanto, es relativamente fácil hacer que el satélite sea evasivo. Un pequeño motor de cohete, un pequeño tanque, ahí lo tienes.

"use un cañón de riel en un satélite para "desorbitar" rápidamente un proyectil KE, pero la explosión no proviene del cañón de riel". - El arma podría reducir el tiempo de impacto por minutos. "encontrarse con todos los problemas de un proyecto de 'supercañón'". - Esos proyectos tenían como objetivo poner en órbita objetos de mayor tamaño. ¿No será más fácil disparar una babosa pequeña? Pero no importa todo eso: ¿habrá una forma de detectar y evadir a tiempo? Estoy pensando que las pequeñas balas de cañón de riel pueden ser efectivas contra los satélites porque es difícil determinar que se dirigen hacia un satélite específico.
@Nahshonpaz, para reducir tanto el tiempo de impacto, la velocidad inicial podría tener que ser aproximadamente del mismo orden que la velocidad orbital. Superguns intentó lanzar proyectiles saboteados comparativamente pequeños, que podrían ser comparables en tamaño a una bala de cañón de riel. Volviendo al seguimiento, me pregunto si la babosa brillaría por la fricción del aire...
¡+1 por brillar por la fricción! Le da a todo un aspecto de arma del futuro. "¿Qué es esa cosa brillante que viene hacia nosotros desde el cielo? ¿Es un pájaro? ¿Es un avión? ¿Viene en son de paz?"

Hay un problema inherente con su idea: ¡los cañones de riel con cualquier tipo de alcance y poder de ataque son enormes! Para darle una idea, aquí hay una ilustración de una propuesta real para un cañón de riel en órbita llamado " Have Sting ", que fue una de las diversas ideas que surgieron durante la fase de investigación de la Iniciativa de Defensa Estratégica en la década de 1980:

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Tenga a Sting con el transbordador espacial a escala. Ilustración de Scott Loather

La enorme longitud es para proporcionar la armadura adecuada para el propio cañón de riel. El elemento en forma de cono es un pequeño reactor nuclear para proporcionar energía de "hotel" mientras está en la estación y alimentar los grandes conjuntos de seguimiento. El poder de combate real se proporcionó hábilmente al tener hidrógeno líquido y oxígeno a bordo. Se pueden ver varios motores de cohetes, que permiten que la plataforma gire y se oriente hacia el objetivo, pero la mezcla H2/LOX en llamas también impulsó una gran turbina, que proporcionó megavatios de electricidad para ráfagas cortas al disparar.

Obviamente, Have Sting sería muy visible en órbita y se rastrearía fácilmente desde el suelo, pero los proyectiles de los cañones de riel serían devastadores a miles de kilómetros de distancia, por lo que, en teoría, Have Sting podría proporcionar su propia autodefensa y disparar cohetes que suben a la órbita con ASAT. cargas útiles

Ahora su concepción es para cañones de riel "pequeños" en órbita. Si bien se pueden rastrear desde el suelo tornillos, tuercas y pernos e incluso manchas de pintura, un satélite del tamaño de un " Cubesat " (10 × 10 × 11,35 cm unidades cúbicas, tiene una masa de no más de 1,33 kilogramos por unidad ) será mucho más difícil de rastrear que "Have Sting" y se puede construir en grandes cantidades.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Unidad Cubesat 1U

Ahora la armadura será muy corta y no hay mucho espacio para condensadores, sistemas de seguimiento o mucho más. Debido al tamaño pequeño y la falta de consumibles, los microcañones de riel como este tendrían una vida útil muy corta en órbita, y pueden mantenerse en tierra y lanzarse en paquetes de 10-100 a la vez para dispersarse en órbita cuando sea necesario.

ingrese la descripción de la imagen aquí

3U Cubsat. Uno armado puede tener que ser al menos así de grande

Tal satélite de cañón de riel solo será bueno como un satélite de "escolta" para uno mucho más grande y más costoso, disparando su único tiro a cualquier satélite o vehículo espacial no identificado que se acerque, o como un "asesino", moviéndose con un enjambre de compañeros cubesats e intentar abrumar una nave espacial enemiga con una multitud de disparos para matar a los satélites defensores y eliminar cualquier protección de armadura que pueda tener. Dado que la velocidad orbital es de 7 km/s, la cantidad de energía cinética que tendría incluso una ronda del tamaño de un rodamiento de bolas sería de órdenes de magnitud mayor que la bala de un rifle. Intentar disparar y golpear un objetivo disparando en contra de la dirección de la órbita significa que el perdigón está golpeando con cualquier velocidad que imparta el cañón de riel + los 7 km / s a ​​los que orbita la plataforma enemiga.

Por lo tanto, los pequeños cañones de riel que pueden volar en enjambres podrían proporcionar un medio diferente para luchar en una guerra espacial, pero los rangos, los plazos y otros factores serán extremadamente diferentes de lo que pensamos hoy.

Suena como un plan. Podría hacer algo con la idea de la guerra espacial, pero lo que realmente me gustaría saber es: ¿Pueden tales armas disparar algo que sea efectivo contra objetivos en la superficie de la Tierra?
No. Para el necesitarías algo como el Proyecto Thor , varillas de tungsteno inertes desorbitadas en objetivos terrestres. Esto fue investigado por primera vez por Jerry Pournelle a fines de la década de 1950. El Proyecto Thor necesitaría proyectiles que van desde el tamaño de un palo de escoba (arma táctica para atacar tanques o barcos) hasta el tamaño de un poste de teléfono (atacar búnkeres endurecidos o silos de misiles).
Gracias, me has dado un montón de información detallada útil. Sin embargo, la respuesta de @Will parece darme una idea de cómo golpear el suelo para que sea "más" correcta. Es una pena, ojalá llevaran esto un poco más al reino de las locas posibilidades tecnológicas de finales del siglo XXI.
Satguns: cañón de riel en un satélite con capacidades evasivas
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