Simulaciones de entrada atmosférica de proyectiles

Reuní un poco de código para calcular la trayectoria de los proyectiles a medida que caen a través de la atmósfera terrestre. Hice las siguientes suposiciones simplificadoras:

• Todos los proyectiles fueron disparados desde una órbita circular de igual altitud que la ISS (alrededor de$400~\text{km}$).

• La atmósfera no gira, no hay vientos y es idéntica a la atmósfera estándar .

• Todos los proyectiles caen perfectamente rectos: no hay fuerzas aerodinámicas laterales.

• Ninguna de las propiedades de los proyectiles se altera por la reentrada.

Calculé dos escenarios para cada proyectil. La trayectoria roja es para una bala disparada hacia el nadir (directamente hacia abajo), y la trayectoria azul es para una bala disparada retrógrada (dirección opuesta a la órbita).

.50 BMG (Bola, M33)

El cartucho de ametralladora Browning calibre 50 se desarrolló originalmente para cumplir una función antiaérea, pero luego se convirtió en una ronda popular para los francotiradores. Su gran masa le ayuda a mantener su velocidad y precisión, incluso a distancias de más de una milla. De hecho, más de la mitad de las 15 muertes de francotiradores más largas se realizaron con el .50 BMG.

• Masa del proyectil:$650~\text{gr}~(42~\text{g})$

• Diámetro del proyectil:$0.510~\text{in}~(13.0~\text{mm})$

• Velocidad de salida:$3030~\text{fps}~(920~\text{m}/\text{s})$

• Arrastre calculado en base a datos (pdf) del Laboratorio de Investigación Balística en Aberdeen (ver figura 19).

(La línea discontinua muestra la órbita desde la que se dispararon los proyectiles). Los puntos de impacto son:

• Retrógrado:$2600~\text{mi}~(4180~\text{km})$gama baja en$12~\text{minutes,}~30~\text{seconds}$.

• Nadir:$2050~\text{mi}~(3300~\text{km})$gama baja en$9~\text{minutes,}~15~\text{seconds}$.

(La línea discontinua es el límite inferior de la estratosfera en$12~\text{km}$, ligeramente por encima de la altitud de crucero de la mayoría de los aviones). Tenga en cuenta que ambos disparos impactan en un ángulo pronunciado. Aunque el .50 es pesado en comparación con la mayoría de los vehículos de reingreso (en términos de coeficiente balístico), aún pierde casi toda su velocidad al arrastrar y termina cayendo prácticamente a velocidad terminal.

(Sobre la línea discontinua, la velocidad se mide en kilómetros por segundo; debajo de la línea, la velocidad se mide en número de Mach). De nuevo, vemos que la mayor parte de la velocidad se pierde en la tenue atmósfera superior.

Este gráfico muestra la tasa de pérdida de energía total de los proyectiles. Sin embargo, no toda esta energía calentará el proyectil: de hecho, una buena parte se utiliza para ionizar y calentar el aire que encuentra el proyectil.

Al calcular el calentamiento máximo de acuerdo con este documento del Instituto de Análisis de Defensa (pdf) , el proyectil encontrará temperaturas máximas de más de$4000-5000~\text{K}$. Los escudos térmicos ablativos modernos para naves espaciales están construidos para soportar hasta alrededor$2600~\text{K}$(aunque las tecnologías de protección térmica clasificadas para ojivas de misiles balísticos pueden tener un rendimiento moderadamente mejor). Esto significa que el proyectil seguramente se desintegraría al entrar.

30 × 173 mm (incendiario perforante con penetrador DU, PGU-14 / B)

Este proyectil masivo es utilizado por varios cañones automáticos y ametralladoras de cadena, sobre todo el GAU-8/A Avenger : el armamento principal del Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II "Warthog" , un avión antitanque de apoyo aéreo y de ataque (y un mi favorito personal). El proyectil consta de una "cubierta" de aluminio que rodea un$10\frac{1}{2}~\text{oz}~(300~\text{g})$ penetrador de uranio empobrecido .

Aunque la precisión típica del cañón automático GAU-8 es de solo 40 yardas a 4000 yardas de distancia, el proyectil es probablemente capaz de una precisión similar a las típicas rondas de francotiradores si se dispara con un arma apropiada (aunque tal arma puede ser demasiado grande para un solo operador, y ciertamente no sería portátil).

• Masa del proyectil:$1~\text{lb}~8\frac{1}{2}~\text{oz}~(695~\text{g})$

• Diámetro del proyectil:$1.18~\text{in}~(30.0~\text{mm})$

• Velocidad de salida:$3030~\text{fps}~(1010~\text{m}/\text{s})$

• Arrastre calculado en base a datos (pdf) presentados por la Universidad de Sarajevo (ver figura 9).

Los puntos de impacto son:

• Retrógrado:$2550~\text{mi}~(4100~\text{km})$gama baja en$10~\text{minutes,}~55~\text{seconds}$.

• Nadir:$2030~\text{mi}~(3260~\text{km})$gama baja en$7~\text{minutes,}~50~\text{seconds}$.

Aunque los disparos ahora tienen trayectorias claramente diferentes, ambos impactan casi en el mismo ángulo (aunque ambos son más horizontales que el .50).

Esta vez, los proyectiles mantienen su velocidad hacia la estratosfera, pero aún están limitados a la velocidad terminal en el momento del impacto.

Con la mayor parte de la desaceleración ocurriendo en una porción más densa de la atmósfera, las temperaturas máximas ahora son del orden de$9\,000~\text{K}$.

120 mm APFSDS-T (DM13)

El proyectil de sabot de descarte estabilizado con aletas perforantes es un penetrador de energía cinética diseñado para vencer los blindajes de los vehículos modernos. Para una penetración máxima, el proyectil tiene más forma de dardo que de bala. El proyectil sobre el que encontré datos es el DM13, una ronda sin DU similar a la ronda M829 de 120 mm disparada por el tanque de batalla principal de los Estados Unidos, el M1 Abrams .

Dado que las aletas estabilizan el proyectil en vuelo, las rondas APFSDS se disparan desde armas de ánima lisa que permiten una mayor velocidad de salida. Esto permite una precisión superior; Las tripulaciones de tanques modernas pueden hacer un tiro mortal en otro tanque a varias millas. Pero nuevamente, es poco probable que una sola persona pueda operar tal arma.

• Masa del proyectil:$9~\text{lb}~12~\text{oz}~(4423~\text{g})$

• Diámetro del proyectil:$1.50~\text{in}~(38~\text{mm})$

• Velocidad de salida:$5000~\text{fps}~(1500~\text{m}/\text{s})$

• Arrastre calculado en base a datos (pdf) del Laboratorio de Investigación Balística.

Los puntos de impacto son:

• Retrógrado:$1950~\text{mi}~(3140~\text{km})$gama baja en$8~\text{minutes,}~40~\text{seconds}$.

• Nadir:$1340~\text{mi}~(2150~\text{km})$gama baja en$4~\text{minutes,}~40~\text{seconds}$.

Ambos disparos tienen trayectorias extremadamente rectas e impactan en ángulos poco profundos, lo que indica que han mantenido la velocidad hacia la superficie.

Esta vez, los proyectiles impactan a una velocidad hipersónica, dando un golpe devastador más allá de la capacidad de cualquier ronda moderna no explosiva.

Sin embargo, las temperaturas máximas están ahora en el orden de$13\,000~\text{K}$. Aunque el calentamiento solo se produce durante unos segundos (en la atmósfera, el proyectil pierde alrededor de un kilómetro de altitud cada segundo), la intensidad es tan grande que el proyectil se derretirá cuando llegue a la superficie.

Post mortem

Podemos ver que existe una compensación fundamental entre el calentamiento y la velocidad de impacto. El proyectil debe ser grande y liviano para desacelerar lentamente y evitar quemarse; sin embargo, también debe ser pesado y denso para mantener su velocidad. No hay término medio entre los dos.

Esto significa que un proyectil exitoso tendría que cambiar de aspecto durante su trayectoria, y dado que estamos limitados a "un solo trozo de metal, sin etapas ni capas", esto no es posible.

Otro tema es la precisión. Dado que el proyectil tarda varios minutos en dar en el blanco, no hay posibilidad de un segundo disparo más preciso después de usar el primero para 'alcance'. Esto, combinado con el hecho de que el punto de impacto está a miles de kilómetros de distancia, significa que todos los objetivos serán computarizados.

La posición del tirador se puede determinar con bastante precisión (dentro de unos metros) mediante GPS ( incluso en órbita ). GPS también da tiempo preciso. Los rastreadores de estrellas pueden dar una resolución angular de milisegundos de arco con ruedas de reacción para apuntar. El principal desafío son las perturbaciones aerodinámicas:

• El primer problema es la orientación del proyectil. En los diagramas anteriores, el proyectil se dispara hacia la derecha o hacia abajo, pero ingresa a la atmósfera en dirección a la izquierda. Por lo tanto, el proyectil tendría que ser disparado hacia atrás.

• El segundo problema es la estabilidad. En la muy delgada atmósfera superior, la estabilidad del giro no funcionará si el proyectil es largo y delgado. Explorer-1 (el primer satélite de los Estados Unidos) fue diseñado para girar sobre su eje largo, sin tener en cuenta la dinámica (matemáticamente difícil) de la rotación libre en 3D, y como era de esperar, pasó rápidamente a un "giro plano". Esto prácticamente garantiza que una bala inerte caería al entrar en la atmósfera, sin importar cómo intentemos estabilizarla.

• El tercer problema es el viento: es decir, el tirador tendría que tener en cuenta los vientos a lo largo de toda la altura de la atmósfera; y ser capaz de predecir los vientos (muy caóticos) con casi diez minutos de antelación.

Una alternativa

Si realmente estás decidido a dispararle a alguien desde el espacio, necesitarás un proyectil activo. El proyectil debe consistir en un$1.5~\text{m}$largo penetrador de tungsteno rodeado por un gran sabot hecho de una cerámica aislante ligera con un revestimiento ablativo. El sabot necesitará un frente grande y plano. Finalmente, el proyectil debe incluir un gran motor sólido y alguna variante de propulsores de actitud de estado sólido .

• Primero, el proyectil se programaría con su objetivo y se lanzaría desde la plataforma de lanzamiento a una velocidad relativamente baja.

• Una vez bien separado del lanzador, el motor sólido ejecutará una quemadura de desorbitación.

• A medida que el proyectil ingresa a la atmósfera, el recubrimiento ablativo protege al penetrador del calentamiento.

• Justo después del calentamiento máximo, el sabot (junto con el motor sólido) se desecha con sujetadores pirotécnicos.

• En este punto, el penetrador comienza a usar maniobras aerodinámicas (como un misil) mientras cae a su velocidad terminal de Mach 2.

• El penetrador usa GPS para guía terminal e impactos a metros del objetivo.

No se podía hacer, sin importar cuán improbablemente hábil fuera el francotirador, porque le faltaría la información necesaria para apuntar.

Los francotiradores regulares tienen que considerar más que la dirección en la que disparan, deben considerar el clima. Los francotiradores usarán... bien efectivamente banderas para determinar la velocidad y dirección del viento para que puedan ajustarse; porque de lo contrario la bala se desviará de su curso mientras vuela. Cuanto más largo sea el viaje, más tiempo tiene el viento para desviar la bala de su rumbo.

Ahora imagina una toma desde la órbita. Va a viajar una distancia mucho más larga y, por lo tanto, tendrá mucho más tiempo para salir volando, por supuesto. También viajará a través de la alta atmósfera donde la velocidad del viento es mucho mayor y mucho más caótica. El viento y las térmicas van a tener un efecto significativo en la trayectoria de las balas.

El problema es que está disparando tan lejos que la velocidad y la dirección del viento cambiarán a medida que la bala vuele. Esto es particularmente cierto porque está disparando a través de la atmósfera. Las velocidades y direcciones de los vientos no solo son mucho mayores en la atmósfera superior, sino que cambian significativamente a medida que viaja a través de la atmósfera. Hay muchos vientos, corrientes térmicas y otros patrones climáticos por los que viajará su bala.

Incluso si asumimos que su francotirador era un robot con una IA imposiblemente perfecta que podría ajustarse instantáneamente a matemáticas complejas como la rotación orbital, la velocidad de caída de la bala e incluso el cambio en la masa de la bala (perderá masa, a las velocidades está viajando, y ese cambio tendría un efecto notable) su robot no puede calcular el ángulo adecuado para disparar a menos que conozca todos los patrones climáticos desde aquí hasta su objetivo. No es suficiente usar una sola bandera, necesitará conocer información sobre las velocidades climáticas en toda la atmósfera. Necesitaría docenas de puntos de datos, como mínimo, para tener suficiente información sobre las velocidades del viento a lo largo del camino de la bala para tener suficientes datos sin procesar para hacer que esa información sea calculable.

A menos que tenga docenas de globos meteorológicos volando en una línea diagonal correcta que conduzca a su objetivo, simplemente no tiene suficientes datos sin procesar para calcular dónde disparar con una precisión remotamente confiable, sin importar cuán perfecto sea.

Además, hay un problema aún más aburrido. Incluso si dispara perfectamente, no dará en el blanco, porque su blanco no estará allí cuando llegue. La ISS está bastante lejos del suelo, 400 km para ser exactos, y se necesita tiempo para viajar tan lejos.

Suponiendo que su bala viaja a velocidades subsónicas (si viaja a velocidades supersónicas, tiene un conjunto completamente diferente de problemas), no puede viajar a más de 342 m / s. Incluso si le damos el beneficio de la duda y asumimos que está disparando directamente hacia abajo, y la bala logra permanecer exactamente en la barrera sónica durante todo el viaje, aún tardaría más de 19 minutos en llegar al suelo. No podrá anticipar la ubicación de su objetivo con 19 minutos de anticipación cuando dispare. Necesitaría que su bala se moviera de manera confiable a velocidades Mach 10 durante todo el viaje para llegar a su objetivo en menos de 2 minutos, e incluso eso es demasiado tiempo para tener una posibilidad confiable de anticipar dónde estará.

Solo si la bala es realmente grande.

El problema de golpear a alguien con una bala desde el espacio es que cualquier pequeña corriente de aire que no predijiste perfectamente va a desviar tu puntería. Si está disparando una bala a través de toda la columna atmosférica, habrá tales corrientes de aire. En unos pocos segundos, a través de unas pocas millas de aire, puede ser posible predecir con precisión el comportamiento del viento, pero a una velocidad de vuelo de cinco veces la velocidad del sonido (al nivel del mar), su bala de francotirador viajará durante unos cinco minutos. antes de que alcance su objetivo. No solo necesita saber exactamente cuáles son las condiciones del viento debajo de usted: también necesita saber cómo actuarán durante ese tiempo.

Por supuesto, con un arma lo suficientemente grande disparando balas lo suficientemente grandes, no necesitas tener una puntería perfecta. Mientras liberes suficiente energía cinética cuando golpees para vaporizar todo dentro de unos pocos metros o decenas de metros del punto de impacto, tu bala puede ser golpeada por el viento un poco sin afectar nada.

Con un arma lo suficientemente grande, ni siquiera importará si el objetivo está enterrado profundamente en un silo subterráneo, solo encuentre un arma que pueda disparar a estos:

En la imagen: una bala muy grande.

Anexo: el meteoro de Chicxulub es probablemente un poco grande para contarlo como una 'bala', pero los proyectiles más pequeños funcionarán siempre y cuando los hagas moverse lo suficientemente rápido. Algo así como un cañón de riel de 200 gigajulios probablemente sea suficiente.

1- ¿De qué debe estar hecha la bala, cómo debe tener forma y cómo es antes y después?

La munición deberá estar hecha de un material que soporte adecuadamente el calor del reingreso. El tungsteno o algún tipo de cerámica especializada debería funcionar. Obtener la forma hipersónica correcta es difícil, pero un objeto en forma de poste con una sección transversal frontal pequeña sangrará menos energía que las superficies frontales redondas y planas que se usan en los vehículos de reentrada clasificados para humanos.

2- Digamos que el objetivo está en el ecuador. ¿En qué punto es mejor dispararle y hacia dónde apuntas?

Como le dirá cualquiera que juegue Kerbal Space Program, sacar un proyectil de la órbita para que golpee en un punto específico es difícil. Aquí hay un videode Scott Manley intentando hacer golpes de precisión con un poste de teléfono hecho de tungsteno desde la órbita. Le toma varios intentos alcanzar un objetivo del tamaño de un edificio. Sacar de órbita un pequeño proyectil que puede desviarse de su curso incluso más fácilmente que un poste telefónico de tungsteno. Golpear un objetivo en movimiento es un ba-zillion para un solo disparo. El simple apuntar desde la órbita requerirá cantidades ridículas de datos para tener en cuenta la rotación orbital, las térmicas en la atmósfera, las características exactas del vuelo durante el reingreso, la altura orbital exacta, las características de carga en la ionosfera y la estratosfera, la posición exacta del objetivo, etc. la munición es tu única apuesta para golpear al pobre diablo que quieres matar.

Una vez escuché que los requisitos de precisión para el telescopio espacial Hubble son equivalentes a colocar un puntero láser en la parte superior del Monumento a Washington en Washington DC y golpear una moneda de diez centavos colocada en la parte superior del Empire State Building en Nueva York. Dadas las distancias involucradas, los requisitos de precisión para esta arma en el espacio son bastante similares.

3- ¿Pasa algo particularmente interesante con el impacto?

Hace un gran lío sangriento. Cualquier cosa con suficiente masa para mantener el impulso desacelerando a través de la atmósfera desde la órbita mientras se mantiene en el objetivo y avanza en una parte significativa de la velocidad orbital destruirá absolutamente todo lo que golpee. La energía cinética se calcula con:

$E_\text{k} =\tfrac{1}{2} mv^2$

donde m es la masa y v es la velocidad. Entonces, un objeto en LEO tiene una velocidad de 7,8 km/s. Supongamos que la munición pesa 10 kg y ha perdido 2,8 km/s por la resistencia al reingreso. Entonces, 0,5 x 10 kg x 5,0 m/s^2 = 125 000 000 julios = 125 megajulios. Usando esta calculadora para traducir entre julios y toneladas de TNT, obtenemos 29,5 kg de TNT. (La página no indica qué tipo de explosivo se usa, pero TNT es una suposición segura).

Por lo tanto, no tiene que acercarse con precisión, pero acercarse es realmente difícil.

La mayoría de los problemas técnicos se han abordado en otras respuestas, por lo que aquí hay algunos problemas que deberían ampliarse:

1. Una bala hecha de un solo material no va a funcionar, ya que tiene que lidiar con muchos regímenes diferentes durante su trayectoria de vuelo, desde el espacio hasta la entrada a la atmósfera y el vuelo a velocidad terminal hacia el objetivo una vez que sale de la vaina de plasma. Se necesitará un núcleo denso de algo como tungsteno o uranio empobrecido para proporcionar la alta densidad para atravesar la atmósfera sin perder demasiada velocidad. Se necesita algún tipo de "cubierta" de cerámica para reducir los efectos de la reentrada (de lo contrario, la bala se convierte en un chorro de metal fundido que vuela por el cielo) y para alcanzar la velocidad necesaria para contrarrestar el movimiento orbital de la ISS y volver a entrar en la atmósfera. Sugeriría una capa conductora que pueda interactuar con el campo electromagnético de un cañón de bobina (o alternativamente, un sabot con una base conductora para un cañón de riel.

2. Dado que la ISS se mueve a velocidad orbital, tiene el problema de hacer que su bala disminuya la velocidad lo suficiente como para comenzar el reingreso. Un XKCD "What IF" ( https://what-if.xkcd.com/58/ ) nos dice que podrías viajar 1000 millas en los 3 minutos y 30 segundos que toma cantar la canción "I'm Gonna Be" (que tiene la línea "solo para ser el hombre que caminó mil millas para caer en tu puerta") Si acabas de alinear un tiro, rebasarás el objetivo drásticamente, golpeando a alguien en un barco en el Atlántico cuando estabas apuntando al Big Bad en Río de Janeiro. Un rifle normal no proporcionará suficiente velocidad para que la bala haga un cambio orbital exitoso, e incluso un cañón naval de 16" de un acorazado tendría dificultades para hacerlo, dados los límites de la pólvora como propulsor. Un cañón de riel o un cañón de bobina teóricamente tiene la capacidad de hacerlo, o podría usar lo que ya funciona y convertir el proyectil en un cohete...

3. ¿Qué sucederá si la ronda da en el blanco? Nada bueno. El proyectil se mueve a una velocidad hipersónica cuando golpea, por lo que tendrá una energía considerablemente mayor que un proyectil de rifle convencional (dependiendo de su masa [ver arriba], podría tener la energía cinética equivalente a la energía liberada por un palo de altamente explosivo). Además, los objetos que se mueven a esa velocidad ya no siguen las reglas habituales de impacto y transferencia de energía. Es habitual pensar en el objeto que impacta casi como un líquido. El mejor ejemplo terrestre es una ojiva HEAT de un arma antitanque. El estallido de la ojiva se enfoca en dar vuelta un cono de cobre o metal similar "al revés" y acelerarlo a @ Mach 25 (coincidentemente casi velocidad orbital), donde unas pocas onzas de metal se abren paso a través de materiales densos como armaduras de acero, y prácticamente todo lo demás. La protección contra esto implica hacer la explosión lo suficientemente lejos como para que el chorro de metal pierda energía (la "armadura de listones" en los vehículos modernos) o interrumpir el chorro disparando una losa de acero un microsegundo antes de que golpee el cuerpo principal del tanque. (el ladrillo como "armadura reactiva explosiva" que ves cubriendo los tanques rusos). Estas no son opciones viables para que una persona las use en la cabeza para protegerse contra un proyectil de tamaño similar que sale de la órbita (incluso un edificio o tanque es probable que no detenga dicho proyectil). Incluso un fallo cercano podría matar al objetivo, ya que un proyectil hipersónico tendrá una onda de choque masiva al pasar, y el impacto en el suelo desprendió material como hormigón o roca a una velocidad considerable. La protección contra esto implica hacer la explosión lo suficientemente lejos como para que el chorro de metal pierda energía (la "armadura de listones" en los vehículos modernos) o interrumpir el chorro disparando una losa de acero un microsegundo antes de que golpee el cuerpo principal del tanque. (el ladrillo como "armadura reactiva explosiva" que ves cubriendo los tanques rusos). Estas no son opciones viables para que una persona las use en la cabeza para protegerse contra un proyectil de tamaño similar que sale de la órbita (incluso un edificio o tanque es probable que no detenga dicho proyectil). Incluso un fallo cercano podría matar al objetivo, ya que un proyectil hipersónico tendrá una onda de choque masiva al pasar, y el impacto en el suelo desprendió material como hormigón o roca a una velocidad considerable. La protección contra esto implica hacer la explosión lo suficientemente lejos como para que el chorro de metal pierda energía (la "armadura de listones" en los vehículos modernos) o interrumpir el chorro disparando una losa de acero un microsegundo antes de que golpee el cuerpo principal del tanque. (el ladrillo como "armadura reactiva explosiva" que ves cubriendo los tanques rusos). Estas no son opciones viables para que una persona las use en la cabeza para protegerse contra un proyectil de tamaño similar que sale de la órbita (incluso un edificio o tanque es probable que no detenga dicho proyectil). Incluso un fallo cercano podría matar al objetivo, ya que un proyectil hipersónico tendrá una onda de choque masiva al pasar, y el impacto en el suelo desprendió material como hormigón o roca a una velocidad considerable. en los vehículos modernos) o interrumpir el jet disparándole una losa de acero un microsegundo antes de que golpee el cuerpo principal del tanque (el ladrillo como "armadura reactiva explosiva" que se ve cubriendo los tanques rusos). Estas no son opciones viables para que una persona las use en la cabeza para protegerse contra un proyectil de tamaño similar que sale de la órbita (incluso un edificio o tanque es probable que no detenga dicho proyectil). Incluso un fallo cercano podría matar al objetivo, ya que un proyectil hipersónico tendrá una onda de choque masiva al pasar, y el impacto en el suelo desprendió material como hormigón o roca a una velocidad considerable. en los vehículos modernos) o interrumpir el jet disparándole una losa de acero un microsegundo antes de que golpee el cuerpo principal del tanque (el ladrillo como "armadura reactiva explosiva" que se ve cubriendo los tanques rusos). Estas no son opciones viables para que una persona las use en la cabeza para protegerse contra un proyectil de tamaño similar que sale de la órbita (incluso un edificio o tanque es probable que no detenga dicho proyectil). Incluso un fallo cercano podría matar al objetivo, ya que un proyectil hipersónico tendrá una onda de choque masiva al pasar, y el impacto en el suelo desprendió material como hormigón o roca a una velocidad considerable. Estas no son opciones viables para que una persona las use en la cabeza para protegerse contra un proyectil de tamaño similar que sale de la órbita (incluso un edificio o tanque es probable que no detenga dicho proyectil). Incluso un fallo cercano podría matar al objetivo, ya que un proyectil hipersónico tendrá una onda de choque masiva al pasar, y el impacto en el suelo desprendió material como hormigón o roca a una velocidad considerable. Estas no son opciones viables para que una persona las use en la cabeza para protegerse contra un proyectil de tamaño similar que sale de la órbita (incluso un edificio o tanque es probable que no detenga dicho proyectil). Incluso un fallo cercano podría matar al objetivo, ya que un proyectil hipersónico tendrá una onda de choque masiva al pasar, y el impacto en el suelo desprendió material como hormigón o roca a una velocidad considerable.

Las respuestas más detalladas requerirán experimentación...

Resumen: no por nada que pueda llamarse razonablemente una "bala"

Calcular la aerodinámica de una bala que se mueve a través de la atmósfera es difícil. Afortunadamente, los niveles de energía son tan altos que podemos ignorar la aerodinámica en su mayor parte y, en cambio, tratarla como un impacto entre la bala y la atmósfera. Esto significa que podemos usar la aproximación de Newton para la profundidad del impacto :

La profundidad de penetración D es la longitud del penetrador L multiplicada por la relación de la densidad del penetrador$\rho_1$a la densidad del objetivo$\rho_2$.

La densidad atmosférica varía, pero podemos aproximarla a partir de la presión del aire en la superficie como equivalente a 10 metros de agua. A partir de esto, podemos calcular que una bala de osmio (densidad: 22,6 g/cm ³ ) disparada desde la órbita debe tener al menos 45 cm de largo para mantener una velocidad razonable en el momento del impacto.

Sí, puedes dispararle a alguien desde la órbita, pero usarás una palanca, no una bala.

Siendo realistas , lo dudo. Simplemente hay demasiado aire en el camino, no importa qué tan grande o pesada sea la bala, sin un cohete, la resistencia la reducirá a la velocidad terminal. Quiero decir, tendrás tanta suerte y el mismo efecto como tirar una bala desde un avión. Aunque eso todavía podría ser letal.

Alternativamente , hay ventajas en usar un misil balístico en lugar de un láser, y usar una ronda más pequeña (15-20 mm) en lugar de un misil de órbita a superficie. Un arma láser sería extremadamente precisa, pero requiere mucha energía y no ofrece tanto 'golpe'. Un misil puede ser rastreado/interceptado con demasiada facilidad. Una pequeña ronda hipersónica se puede rastrear en órbita utilizando tecnología moderna, pero una vez que cae en la estratosfera, puede ser difícil, imposible, determinar de dónde vino exactamente el disparo. Una consideración para cualquier francotirador.

El aspecto más importante de su historia es: cualquiera que sea la tecnología requerida para sacar algo tan loco, el resultado depende de cierto nivel de habilidad humana. Así que tendríamos que descartar un proceso completamente automatizado, los métodos de 'apuntar y hacer clic'. Para preservar la imagen idílica de un francotirador con una mano firme y el ojo en la mira, deberíamos considerar un sistema de lanzamiento de balas estabilizado por aletas y guiado por láser.

Necesitarás un sistema de armas similar a este . me gusta esoporque cuenta con una velocidad inicial de 1450 m/s. Es probable que sea necesario ampliarlo. Observe el diseño de sabot de la bala. Probablemente, tendríamos un diseño similar a nuestra bala, pero en lugar de desechar el sabot después de disparar, se usaría para proteger la bala durante el reingreso. Esto nos permitiría usar casi cualquier material para el núcleo/bala, para una variedad de aplicaciones. El reingreso sería más rápido que los tiempos dados a una nave espacial, diseñada para aerobreak. Nuestro sabot está diseñado para aprender a arrastrar, y tal vez incluso quemar algunas capas exteriores. Y no estoy seguro exactamente en qué ángulo estos pies se vuelven absolutamente imposibles: podría ser imposible disparar directamente hacia un objetivo, pero probablemente deberíamos suponer que algún nivel de material de alta tecnología podría permitir esto. Recuerdo haber escuchado que el calor experimentado por un objeto que ingresa a la atmósfera es inversamente proporcional al coeficiente de arrastre. Es por eso que los vehículos de reingreso están diseñados para ser contundentes. Nuestro proyectil está destinado a atravesar la atmósfera a velocidades un poco superiores a las del transbordador espacial al entrar (~ 9 kps), por lo que nuestro sabot tendrá que tolerar, y solo estoy suponiendo aquí, una cantidad proporcional de calor.

Si sigo el consejo de wikipedia , eso es MÁS DE 9000 grados Kelvin. ¡Ay! ¡Algunos materiales exóticos seguro! Es posible que consigas que un verdadero nerd académico realice el cálculo; no estoy seguro exactamente de qué tan bien un sabot podría enseñar la resistencia y cuánto importaría eso.

Si nuestro francotirador se despliega a 100 km (una altura de 'estacionamiento') desde la superficie, asumiendo una velocidad inicial de 1000 m/s e ignorando la resistencia atmosférica, el tiempo de suspensión más corto que podríamos lograr es de ~1,67 minutos desde el disparo hasta el impacto. Luego factorizamos ( tiempos de arrastretecnología-del-futuro-agitando-la-mano). Factorizar el arrastre requiere cálculos tan precisos. ADD se hace cargo. . . ¡Hay demasiadas variables! La troposfera es más gruesa alrededor del ecuador que en los polos, y esto afecta el gradiente de densidad del aire/elevación y, por supuesto, debe considerar el tamaño, el peso y la forma de la bala. Pero después de todas esas matemáticas, es posible que la bala finalmente impacte en la superficie a una mísera velocidad terminal y eso no es muy emocionante, por lo que en este punto debemos instituir algunos movimientos manuales de tecnología futura. Tal vez la bala tenga un pequeño estatorreactor en línea. Pero supongo que eso lo convierte en un juego de rol. En cualquier caso, calcule que la bala de su francotirador pasa aproximadamente> 2 minutos en ruta.

DE TODOS MODOS, la teoría general es que, una vez a una altitud lo suficientemente baja, el sabot se descarta y la unidad estabilizada con aletas controla el descenso, guiada por el láser, guiada por su mal*** l337 como %!#& francotirador. ¡MUY plausible!

En primer lugar, el alcance necesario para distinguir a un individuo a esa distancia no cabría en un rifle estándar, por lo que estamos hablando de un arma altamente especializada.

Tendrías que dar cuenta de:

• La velocidad de la ISS y su movimiento plano en relación con la superficie de la Tierra.
• La rotación de la Tierra misma.
• Múltiples capas de perturbaciones atmosféricas y velocidades del viento.
• Su ángulo relativo al objetivo.
• La velocidad de tu proyectil.
• La altitud exacta de la cabeza del objetivo.
• El movimiento impredecible del objetivo. Lo mejor es golpearlo mientras está sentado.
• La velocidad de la luz.

Afortunadamente para ti, ¡la mayoría de estos problemas ya se han resuelto! Para obtener las increíbles imágenes del cielo nocturno que actualmente hacemos con telescopios terrestres, creamos una estrella artificial a través de un láser y usamos "óptica adaptativa", que son solo espejos en cardanes que reaccionan instantáneamente a cualquier distorsión en la ubicación conocida de esta estrella láser.

Los telescopios también tienen sistemas que los mueven para mantener el objeto estelar dentro del visor, compensando la rotación de la Tierra.

Un sistema de guía por computadora similar podría alinear el cañón de su arma con la ubicación futura de su objetivo teniendo en cuenta las velocidades del viento, las capas de presión y la deriva causada por la rotación de la Tierra, así como el movimiento de la ISS. Además, tendrá que tener en cuenta la diferencia entre la velocidad del láser al objetivo y la velocidad de la bala.

Usaría una bala de cerámica con la forma estándar de una bala de francotirador, hecha mediante el mismo proceso que las placas protectoras de los transbordadores espaciales para lidiar con el intenso calor sin deformarse. Es esencial estar lo más cerca posible de la vertical cuando dispare, porque de lo contrario la atmósfera de la Tierra desviará su disparo. Incluso podrías rebotar en la atmósfera en el ángulo correcto.

Por último, y algo injusto, desea disparar a una velocidad muy alta para reducir el riesgo de que su objetivo evite el disparo, pero demasiado rápido y su bala se quemará antes de llegar al suelo. Esto sucede a unos 74 km/segundo.

En cuanto a lo que le hará a nuestra víctima, la historia es sorprendentemente de poca ayuda. Solo se ha confirmado que una persona fue golpeada por un meteorito (una Ann Hodges en 1954), que es esencialmente lo que pretendes hacer, y ella solo resultó magullada. Sospecho que su bala viajará fácilmente a través de su víctima para romperse en el pavimento debajo de él dejando un cráter del tamaño de una pelota de béisbol.

Incluso si ignorásemos todas las condiciones atmosféricas, no tuviéramos ninguna fricción, la estación espacial no se moviera y el objetivo del francotirador estuviera perfectamente en el blanco, etc., aún no podrías lograrlo.

El rifle de francotirador más preciso jamás fabricado, el rifle antimaterial Gepárd M1 , tiene una precisión de 0,7 minutos de arco. La ISS, cuando está más cerca de la Tierra, orbita a una altitud de 409 km. Esto da como resultado un blanco con un diámetro de más de 80 metros, resultado únicamente de las propiedades del propio arma, sin que la bala se ralentice debido a la atmósfera, etc.

Y esta es la más precisa que puedes conseguir con un rifle. La versión M1 del rifle que usé como ejemplo cambia absolutamente todo por la precisión: casi no tiene partes móviles, es extremadamente pesado, sostiene una sola bala y no se puede recargar sin desarmarlo. Una versión posterior, más práctica, se asemeja a los parámetros del famoso M82 estadounidense.

Aunque la razón más importante por la que es imposible se describe en otras respuestas, especialmente en dsollen , incluí este razonamiento para señalar que incluso si todos los problemas planteados por las otras respuestas no existieran, todavía tenía un área objetivo de 80 metros como mejor caso .

Tal vez tenga un rifle de francotirador de ciencia ficción. Cuando la bala sale del cañón del arma, utiliza una tecnología de tipo hiperespacial/más rápida que la luz para avanzar instantáneamente, emergiendo a solo unos metros del objetivo. De esta manera, los efectos del viento/gravedad y los objetivos en movimiento ya no son un problema. Solo necesita establecer una línea de visión con su visor extremadamente telescópico. Presumiblemente, el bípode ayuda a estabilizar, mientras se ajusta al movimiento relativo de la tierra.

Usar cualquier tipo de arma es redundante. Todo lo que necesita es algo aerodinámico y que tenga una velocidad terminal adecuada.

Consigue uno de estos...

...

... y, usando tus súper poderes de puntería, simplemente suéltalo. En el momento en que llegue al suelo, irá tan rápido que atravesará directamente a su objetivo y también varios metros en el suelo.

Si tu puntería no es tan buena, tu mejor oportunidad es ajustar la posición del objetivo. Captúralo y haz que alguien lo lleve al punto estimado de llegada de la 'bala' mientras cae. Puede ser rastreado por un transmisor integrado en miniatura.

Usa una bala muy larga.

Siempre que su masa evite que se desvíe de su curso. Tal vez la cola de la bala podría diseñarse para que se queme de manera predecible poco antes de dar en el blanco.

Si podemos tener un arma especializada, compraré una con muchos cañones. Disparará una matriz masiva, lo que compensará muchos problemas.

O tal vez podamos ir con un proyectil de racimo especializado que se disperse en una matriz antes de algún punto de impacto predeterminado.

Estas opciones causarían bastantes daños colaterales.

Estoy seguro de que el proyectil podría manipularse con algunas opciones de orientación limitadas para cambiar el rumbo antes del impacto, compensando los cambios atmosféricos, las variables ambientales, el objetivo en movimiento, etc.