Предположим, вы движетесь со скоростью 10% скорости света, и вам нужно не менее 0,1 секунды, чтобы среагировать на потенциальное столкновение. Это означает, что вы должны быть в состоянии обнаружить холодный камень на расстоянии (0,1 x 3 x ^{10 8} мс ^-1 /0,1 с) = 3 x 10 ⁸ м, или триста тысяч километров.

Равновесная температура объектов в глубоком космосе составляет 2,7К. Но ради аргумента давайте представим, что скала, которую вы собираетесь ударить, имеет относительно теплую температуру 5K. Предположим также, что его площадь составляет 10 ⁵ м ² .

Согласно математике на странице Википедии , камень будет иметь пик излучения черного тела на частоте 294 ГГц, а его выходная мощность составит 3,54 Вт.

Если у вас есть гигантский инфракрасный микроволновый датчик площадью 100 м ² , то на расстоянии 3x10 ⁸ м он может обнаружить максимум 3,13x10 ^-16 Вт мощности от скалы. Иными словами, на частоте 294 ГГц это означает, что вы регистрируете всего 1,6 миллиона отдельных фотонов в секунду. Что не невозможно, но очень сложно (тепловизионные камеры имеют серьезные проблемы с шумом, потому что сама камера не находится на абсолютном нуле).

Таким образом, было бы почти возможно пассивно обнаруживать объекты, если бы они были размером с городской квартал и были достаточно теплыми, и вы могли бы уничтожить или избежать их за десятую долю секунды.

Но при 10% скорости света вас может стереть объект размером с арахис ^* , и если бы объект находился в глубоком космосе достаточно долго, он бы остыл до температуры космического фона, сделав его термически невидимым. независимо от того, насколько большим он был.

Лично, если бы я был на межзвездном корабле, я бы настоял на том, чтобы на нем были активные датчики (радар или лидар). Если это абсолютно запрещено по причинам повествования, то я не думаю, что вы сможете избежать всех столкновений, поэтому вам нужно будет пережить их. У вас может быть корабль-ледокол, летящий прямо перед вами, по сути, огромный металлический астероид с двигателями, и если что-то столкнется с ним, у вас будет время нажать на тормоза, прежде чем вы врежетесь в него.

* Изменить относительно релятивистских столкновений

Почему я предполагаю, что микрометеороид не пройдет прямо сквозь корабль, как это было бы на орбитальной скорости? Для объектов на околоземной орбите мы говорим о скоростях рельсотрона ( ~10 ⁵ мс - ¹ ), но для межзвездных путешествий мы говорим о скоростях в тысячу раз больше, ближе к тому, что вы увидите в ускорителе частиц. .

Предположим, что галька проходит через космический корабль со скоростью 10 км/с, и ее температура увеличивается на 100 К (что, я думаю, является заниженной оценкой). Он может расплавиться и разлететься на части, но с такой скоростью к тому времени, когда это произойдет, он уже будет с другой стороны космического корабля. Теперь предположим, что тот же камешек движется в тысячу раз быстрее. Он сталкивается с таким же количеством молекул на своем пути, но каждое из этих столкновений в тысячу раз более энергично. Грубо говоря, к тому времени, когда он пройдет через космический корабль, его температура увеличится на 100 000 К. При такой температуре он не скрепляется химическими связями; это набор высокоэнергетических заряженных частиц, излучающих во всех направлениях, поэтому большая часть (значительной) кинетической энергии в конечном итоге будет передана вашему космическому кораблю в виде тепла.

В некотором смысле это хорошая новость; если бы вы увидели большое препятствие заранее, вы могли бы разнести его на атомы из винтовки 22-го калибра. Хотя, учитывая приведенные выше ограничения, это могло бы произойти только в том случае, если бы вы постоянно ускорялись к большой яркой туманности или чему-то еще и могли видеть объекты, закрывающие ее.

Космическое микроволновое фоновое излучение имеет известную картину. Если камень проходит перед микроволновой камерой, он искажает и блокирует этот рисунок, даже если он имеет ту же температуру и не исходит от него излучения. Чтобы увеличить вероятность обнаружения частицы, должно быть несколько камер, сканирующих одну и ту же область. Сравнивая выходные данные камер, можно составить трехмерную карту окружения, включая надвигающуюся гибель.

Однако я сомневаюсь, что маневры уклонения были бы решением. Корабли генерации рассчитаны на долгосрочную перспективу, и в течение столетий эти уклончивые действия будут потреблять слишком много топлива. Без маневров уклонения для управления кораблем в течение столетий требуется не больше топлива (исключая энергию, используемую людьми), чем для корабля, рассчитанного на несколько месяцев. Таким образом, вместо того, чтобы изменить курс корабля, они должны попытаться отклонить частицу. Что уменьшит как количество требуемой энергии, так и время, необходимое для обнаружения объекта.

Гравитационный детектор.

У камней есть гравитация. Незначительная гравитация, пренебрежительно утверждаете вы. Но гравитация тем не менее. Можно ли использовать гравитацию камня в космосе для его обнаружения? Межзвездное пространство — прекрасное место для такого рода вещей, потому что здесь ничего не мешает и нет других источников гравитации, кроме вас и скалы.

Силу тяжести измеряют гравиметром . Они изящны и чувствительны и используются в коммерческих целях для измерения изменений гравитации на поверхности земли. Кавендишские эксперименты позволили измерить гравитационное притяжение между двумя неземными объектами.

Для справки.

http://www.school-for-champions.com/science/gravitation_force_objects.htm#.WeKkMkyZMk8

Уравнение всемирного тяготения: F = GMm/R2, где • F — сила притяжения между двумя объектами в ньютонах (Н) • G — универсальная гравитационная постоянная = 6,674*10−11 Н-м2/кг2 • M и m равны массы двух объектов в килограммах (кг) • R — расстояние в метрах (м) между объектами, измеренное от их центров масс

Какая наименьшая сила была измерена сегодня? Давайте предположим, что в этом космическом будущем такие чувствительные измерения являются обычным явлением.

Эти люди http://newscenter.lbl.gov/2014/06/26/smallest-force-ever-measured/ . утверждают, что измерили силу в 42 йоктоньютона, где каждый йоктоньютон равен 1 септиллиону ньютона, или 10-24 (1 E-25 в Excel).

Посмотрим, какое тело на каком расстоянии будет действовать на наш детектор массой 1000 кг с силой 42 йоктоньютона. Может быть, камень весом 1 кг (м) на расстоянии 1 км (R=1000) от нашего детектора (M=1000)? хм .. как вставить строки excel и сохранить форматирование. Я сделаю это как изображение. Любые лучшие способы, пожалуйста, предложите в комментариях.

Камень массой 1 кг на расстоянии 1 км от массы детектора создает силу, на много порядков превышающую 42 йоктоньютона. Это почти глупо, как обнаружить пирог по лицу! Действительно ничтожно!

Расстояние для создания гравитационного притяжения в 42 йоктоньютона между камнем весом 1 кг и нашей пробной массой 1000 кг составляет 12 605 7432 м или 126 057,432 км. Даже не расстояние от Земли до Луны, а приличное расстояние. И большая масса может быть обнаружена дальше.

Конечно, с одним гравитационным измерением это может быть небольшой камень вблизи или большой камень вдалеке. Это то, что касается гравитации. Моя интуиция подсказывала мне, что при 3 последовательных измерениях и допущении стабильной массы, скорости и траектории обнаруженной породы может быть только одна подходящая масса и скорость обнаруженной породы. Но при проверке этой идеи я обнаружил, что это не так, а именно:

Этот камень движется прямо перед детектором, поэтому нам не нужно беспокоиться об углах. Сначала возьмем камень массой 1 кг, движущийся со скоростью 10 м/с, и 3 последовательных измерения с интервалом в 1 секунду.

Отлично. Теперь для 100-килограммового камня можем ли мы найти некоторую скорость, которая имитирует эти показания силы в каждый момент времени?

Хм. Да, мы можем имитировать маленький камень большим. Небольшой близкий камень, приближающийся медленно, очень отличается от большого далекого камня, приближающегося быстро, но гравитационно они выглядят одинаково.

Можем ли мы обойти это? Пока я не придумал обходной путь. Я подумал, что установка дополнительных детекторов на 1-километровые стрелы под прямым углом может помочь, что должно продемонстрировать, как мало у меня интуиции в математике. Стрелы не помогли в моей модели Excel с разными перспективами на одну и ту же приближающуюся массу.

В сумме:

• Всякая масса имеет гравитацию
• Гравитацию можно обнаружить
• Камни в космосе можно обнаружить благодаря силе гравитации, которую они оказывают на детектор.
• Мне было трудно использовать гравитацию для характеристики камней в космосе по массе и скорости. Но я в восторге от мысли, что кто-то здесь может это сделать.
  • Математические исправления всегда приветствуются.

Я должен предположить, что корабль имеет значительные размеры, если на нем должны быть поколения людей, сельское хозяйство, животные и т. д.

Я также должен предположить, что у вас есть искусственная гравитация, чтобы люди и животные не летали вокруг, а урожай рос.

Мы не знаем размеров камня. Но если он достаточно большой, чтобы сделать вмятину, но недостаточно большой. Его можно было вытащить с пути вниз к гравитационному приводу. А если ускорение будет достаточно большим, то его просто унесет с пути.

Я недостаточно знаю о космосе или вашем мире, чтобы подтвердить, что это сработает в реальности, но в космических инженерах это работает и даже вооружается.

Это также делает Юпитер, когда астероиды входят в нашу солнечную систему, астероиды находятся внутри гравитационного колодца Юпитера, убираются с пути и снова выбрасываются из солнечной системы.

Я не уверен, что это полностью соответствует вашим требованиям к пассивной системе, но я думаю, что это, по крайней мере, частично, и это новый подход, о котором стоит упомянуть.

Что вам нужно, так это «авангард». Подумайте об очень широкой ультратонкой круглой мембране вместе с минимальным оборудованием для стабилизации и связи, путешествующим далеко впереди корабля поколения на точно таком же курсе. Если авангард находится достаточно далеко впереди, у него будет время, чтобы обнаружить любой камень, проходящий через его мембрану, и дать достаточное предупреждение кораблю генерации, чтобы запустить аварийные боковые двигатели, чтобы немного скорректировать курс и избежать объекта.

Вариантом этого может быть небольшой парк небольших зондов, оснащенных широкоугольными лазерными проекторами и детекторами, а также минимальным оборудованием для связи и стабилизации. Они также могли летать далеко впереди корабля поколений по широкому кругу и создавать сеть лазерного света, которая могла обнаруживать любой проходящий камень и предупреждать корабль поколений аналогичным образом. Если бы какой-либо из зондов был поражен, другие могли бы взять на себя управление, обеспечив многократное резервирование. Другим преимуществом будет возможность иметь гораздо более широкую сеть, дающую больший запас прочности.

Расширенный ответ

Предполагая пробоину в сосуде под давлением, который уцелел, но оставил корабль поврежденным, и команда пытается выяснить, что произошло.

Во-первых, я бы предположил, что они найдут дыру быстро, поскольку будут действовать экстренные процедуры для обнаружения и устранения такой возможности. Сразу же после этого отверстие будет осмотрено визуально, и это даст им много информации.

Они бы знали, был ли это взрыв изнутри корабля наружу или удар по кораблю внутрь, а в случае внешних ударов место удара по кораблю и точное время выдавали бы направление приближения. Размер отверстия также кое-что сказал бы им об энергии удара и, возможно, даже о массе и скорости снаряда. Есть вероятность, что они даже смогут найти фрагменты. Учитывая, что к нему приближаются сзади, он может столкнуться с относительно низкими или относительно высокими скоростями.

Если вам нужно дополнительное подтверждение датчика, возможно, на корпусе были камеры, которые зафиксировали ударную вспышку. Другой возможностью (при приближении сзади) могут быть помехи связи с Земли на очень низком уровне или общенаучные датчики, непрерывно измеряющие все, что вы хотите, во всех направлениях. Если бы он был металлическим, он мог бы сделать некоторые записи в показаниях магнитометра во время своего приближения.

Излучение черного тела

Ты спрашиваешь:

Если бы ваш корабль не испускал электромагнитное излучение, которое можно было бы обнаружить, отражаясь от скалы (радар или что-то подобное), как вы могли бы обнаружить совершенно инертную скалу размером с валун?

Электромагнитным излучением, которое испускает камень: его излучение черного тела .

Сейчас это может показаться фантастическим, но на самом деле это не так. Простой факт заключается в том, что все , что имеет температуру выше абсолютного нуля, «светится». Это свечение зависит от квадрата квадрата температуры, то есть Т ⁴ .

При температурах, к которым мы привыкли, излучение находится в инфракрасном диапазоне.

По мере того, как вещи становятся более горячими, излучение поднимается в видимую часть электромагнитного спектра, т.е. «красно-горячий» на самом деле означает то, что оно говорит: оно настолько горячее, что становится красным.

Таким образом, этот камень будет просто обнаружен автоматическим мониторингом окружающей среды с помощью инфракрасных датчиков.

Вы сказали: «у него будет очень минимальная тепловая сигнатура». Но каким бы минимальным он ни был, его все равно можно обнаружить.

Если близкое промах было достаточно близко, скалу можно было обнаружить по затмевающим фоновым звездам. На данный момент аномалия отложена на потом, наиболее вероятным случаем является небольшая неисправность датчика, для проверки техобслуживанием. В конце концов, каковы шансы, что что-то действительно существует? (Вы там, кто сказал «астрономический», давайте посмотрим, улучшится ли ваш юмор после хорошей 8-часовой смены в открытом космосе!)

И только позже, просматривая журналы (и не находя ничего плохого в датчиках), какой-то техник, ИА или экспертная система складывает два и два и понимает, что на самом деле там был камень.

Обратите внимание, что по той же причине лучи лазеров всегда в конечном итоге расходятся и, таким образом, ослабевают, затенение может быть видно только на определенном расстоянии в зависимости от размера камня. Подобно лазерам, которые расходятся тем меньше, чем больше апертура, более крупные затеняющие объекты будут видны издалека.

Все, что достаточно мало, чтобы его можно было назвать только камнем, должно быть безумно близко, чтобы межзвездный объект был виден таким образом.

Ответ об излучении черного тела, который предоставил кто-то другой, — лучший вариант, который у вас есть в этом сценарии. Я просто хочу добавить, что это также было бы довольно легко обнаружить, поскольку глубокий космос имеет относительно однородную энергетическую сигнатуру. Объект, каким бы минимальным ни было его излучение, будет заметен на заднем плане.