¿Qué tan efectivo es un láser de electrones libres en el combate espacial?

Los láseres no son muy efectivos a estas distancias. Hay dos cuestiones principales, que de algún modo interactúan. El principal es la dispersión del haz. No es posible crear una columna de luz perfecta a partir de un láser. Siempre hay un elemento de enfoque, y su apertura es importante para la formación de un disco Airy . La ecuación para este efecto es:

$\theta \approx 1.22\frac{\lambda}{d}$

Dónde$\lambda$es la longitud de onda y$d$es el diámetro de la abertura. quieres un pequeño$\theta$concentrar la mayor cantidad de energía posible en el otro vehículo, lo que significa diámetros grandes y longitudes de onda pequeñas. Digamos que su láser tiene una apertura gigantesca de$1m$, y estás usando luz visible, así que$\lambda=10^{-6}$(nota: podría usar rayos UV o rayos X para mejorar esto, pero son mucho más difíciles de discutir). Esto da como resultado un disco de Airy de$\theta\approx 0.00000122 radians$. A una distancia de$1000000m$, como mencionaste en los comentarios, eso es$1.2m$. Ese es el punto de diámetro más pequeño en el que puedes enfocarte.

Ahora no sé de dónde sacaste tu número de 20 pies/s para fundir acero. El acero tiene un calor específico de 480 J/K-kg. Ahora necesitarás subir esto a por lo menos 1500C para derretirlo (siendo realistas, más porque el acero derretido aún permanece en su lugar en gravedad 0). Si somos amables y asumimos que comenzamos a 300 K ( aproximadamente a temperatura ambiente), necesitamos 576 kJ/kg para fundir acero. Eso significa que nuestro láser de 1 MW es bueno para fundir aproximadamente 2 kg de acero por segundo. Con una densidad de 7850 kg/m3 y un área de aproximadamente 1 metro cuadrado (el disco de aire tenía 1,13 m ^ 2), la armadura de acero en esa bala en la que nos estamos enfocando tiene una masa de 7850 kg/m, o 7,85 kg/mm . Eso significa que, podemos derretir aproximadamente un milímetrode acero cada 4 segundos. Nos encantaría hacerlo mejor, pero el disco de aire no nos permitirá enfocarnos en algo más pequeño que eso.

El segundo problema es lo que mencionó Renan: el seguimiento. Considere que necesita mantener ese láser en el objetivo durante los 4 segundos para quemar un milímetro de acero. Las velocidades relativas de los vehículos son rápidas en el espacio. Es posible que vea velocidades relativas de miles de m/s. El objeto podría viajar fácilmente 10000 m en esos 4 segundos, en relación con usted, y mientras eso sucede, debe mantener un seguimiento dentro de una fracción de metro. ¡Ese tipo de precisión es el tipo de cosa que merece un artículo de XKCD !

Finalmente, considere la solución obvia: rodar. Si su oponente tiene que mantener un láser enfocado en una sección durante 4 segundos para quemar un milímetro y usted rueda, tendrá muchos problemas porque el área objetivo eventualmente rodará detrás de usted y tendrá que elegir un nuevo punto objetivo.

En general, las distancias hacen que esto sea difícil. Las armas cinéticas son más eficientes porque pueden hacer ajustes en el camino. Hay un cuerpo decente de literatura sobre armas, presentes y futuras que han ido por este camino, o están yendo por este camino.

No mucho.

Al principio puede sonar como una buena idea. Nada es más rápido que la luz en el vacío. Y sin una atmósfera que absorba su energía, el alcance es prácticamente infinito.

Sin embargo, en la práctica, debe enfocar el láser en el objetivo para que sea lo más efectivo posible. Para enfocar un láser en un objetivo, necesita saber dónde está. Pero rastrear cosas en el espacio es muy difícil:

Consulte ¿Con qué precisión (máxima precisión posible) se pueden predecir las posiciones futuras de los satélites? , en space.stackexchange.com.

La respuesta a esa pregunta puede parecer ciencia espacial. Eso es porque es ciencia espacial.

Entonces, tienes un problema que es tener que apuntar en un espacio volumétrico, en lugar de un punto. Tienes alguna oportunidad de perderte.

Otro problema es que el espacio es grande. No voy a describirlo en detalle... Solo abre Kerbal Space Program (un simulador absolutamente imprescindible si quieres profundizar en la mecánica orbital) y ve a buscar un asteroide. Pronto aprenderás algunas cosas:

• Cualquier objetivo que se mueva a una velocidad considerable en relación con usted solo será visible (al menos a simple vista) durante períodos muy cortos, y eso es si se acercan relativamente a usted. La mayoría de las veces, necesitarías un telescopio poderoso para verlos. Los telescopios tienen campos de visión muy estrechos por definición, por lo que si no sabe dónde está un objetivo y no tiene una gran variedad de telescopios, es posible que esté escaneando para siempre. Lo que nos lleva al siguiente punto:

• La mayoría de las veces solo sabrá dónde está el objetivo a través de una telemetría muy precisa. Si alguien descubre que desea dispararle, es posible que dude en proporcionarle datos de telemetría.

Y luego hay un problema que tiene que ver con la distancia. Es una especie de catch-22:

• Si está lo suficientemente cerca de ellos para poder dispararles con cierta precisión, entonces está lo suficientemente cerca de ellos para que puedan dispararle con precisión. Y solo sabrás que te dispararon cuando te hayan alcanzado.

• Si están lo suficientemente lejos como para que puedan cambiar de velocidad antes de ser golpeados, incluso la más mínima aceleración en cualquier dirección puede hacer que falles. Incluso si todavía están en el camino del rayo, pueden quedar atrapados fuera del foco, por lo que el daño puede reducirse o incluso anularse.

A fin de cuentas, los láseres no parecen una buena arma de espacio a espacio, al menos contra objetivos que no están en la órbita de un planeta. Para estaciones y bases "estacionarias", y contra objetivos en la superficie de un planeta (especialmente si la atmósfera es delgada o no existe), entonces podrían ser una buena opción.