Насколько скрытным может быть высокоскоростной снаряд для космического боя?

Снаряды большой мощности, часто стреляющие со скоростью, близкой к скорости света, являются одним из основных элементов научной фантастики. При определенных наборах предположений это оружие допустимо, меня не интересует наука (или ее отсутствие) о том, как создать такое оружие, но я некоторое время задавался вопросом об одном конкретном аспекте такого оружия, обнаружении. Этот отличный ответуказывает на то, что любой снаряд, летящий со скоростью, близкой к скорости света, очень быстро превратится в облако плазмы из-за его непрерывных столкновений с атомами и пылью звездной среды. На более низких релятивистских скоростях вы увидите тот же эффект, только немного медленнее. Даже если мы предположим, что рассматриваемые снаряды движутся достаточно медленно, чтобы совершить намеченное путешествие, они все равно потеряют некоторую массу и будут освещены энергией молекулярных ударов во время полета к своей цели. Светящаяся плазма, которой они будут окружены, позволит относительно легко обнаружить их в пути и, возможно, каким-то образом защититься от них.

Есть ли какой-нибудь материал, которым можно было бы обшить релятивистский снаряд, чтобы свести к минимуму этот эффект и позволить такому оружию оставаться незамеченным в пути как можно дольше?

При ответе на этот вопрос игнорируйте более крупные столкновения с пылью и микрометеорами, они будут редкими и из-за своего размера неизбежно очень разрушительными. Сконцентрируйтесь на воздействии солнечного ветра и его смягчении, а также на скорости снаряда примерно в 10% скорости света.

Если вы не постулируете, что скорость обнаружения выше скорости света, стандартный ответ научной фантастики заключается в том, что вы обнаруживаете приближающийся снаряд со скоростью, близкой к скорости света (или плазменное облако), непосредственно перед тем, как он попадет в вас, поэтому у вас нет времени что-то с этим делать. Если вам нужен незаметный снаряд, используйте ракету, которая не движется с релятивистской скоростью, а затем установите на нее оборудование, которое затруднит ее обнаружение. Обнаруживаемое излучение снаряда, движущегося со скоростью, близкой к скорости света, не намного быстрее, чем снаряд (в направлении, в котором он движется), поэтому вы увидите его до удара только при стрельбе на очень большие расстояния.
Очень важно, какие расстояния находятся между нападающим и целью. Это может означать, что никаких изменений не требуется или что-то особенное.
@MarkRipley Снаряд со скоростью 0,1C движется достаточно быстро, чтобы удары создавали значительное обнаруживаемое излучение, и достаточно медленно, чтобы обнаружение могло принести вам пользу, если вы находитесь на принимающей стороне, и это была указанная скорость.
@Trioxidane Это вопрос, над которым я уже очень давно бьюсь головой, но без значимого ответа. Я знаю, что для конкретной настройки, над которой я работаю в данный момент, компьютеры стартуют достаточно хорошо, чтобы выстрелить баллистическим снарядом через солнечную систему и поразить объект аналогичного размера также по баллистической траектории в 75% случаев, и они становятся лучше оттуда, но снаряд на самом деле не выживет в этом полете на достаточно высоких скоростях, чтобы его можно было использовать в бою между кораблями, и при этом другой корабль не будет оставаться баллистическим, когда по нему стреляют.
@Trioxidane Для целей этого вопроса предельная дальность выстрела не так важна, меня беспокоит то, из чего вы можете сделать пулю или покрыть ее, чтобы затруднить обнаружение.

Ответы (4)

Частицы, на которые вы будете воздействовать, бывают двух типов: заряженные и нейтральные.

Снабжение пули магнитным полем отклонит заряженные частицы, и вам останется только столкнуться с нейтральными частицами.

Это приведет к более низкому отпечатку пальца и более сложному обнаружению.

Солнечные ветры в значительной степени состоят из заряженных частиц, будет волна в носовой части, но она будет слишком близко к снаряду для осмысленного окна обнаружения.

Установите в снаряд мощный холодильник. Змеевики холодного хладагента покрывают переднюю поверхность. Тепло от молекулярных столкновений перекачивается спереди назад, где оно излучается. Если скорость выделения тепла от столкновений соответствует скорости излучения тепла, снаряд не достигнет чрезмерных температур. Радиатор должен отводить тепло от всех, кто может его увидеть.

В качестве альтернативы или в дополнение оснастите снаряд чрезвычайно мощным магнитным полем, достаточным для перенаправления влетающих заряженных частиц в стороны. Что-то вроде прямоточного воздушно-реактивного двигателя Bussard , за исключением того, что вы хотите отталкивать частицы, а не направлять их в центр.

Все это оборудование увеличило бы требуемую массу снаряда, но лучше всего, чтобы снаряд имел маленькое сечение, чтобы уменьшить столкновения. Таким образом, снаряд будет иметь форму длинного и тонкого стержня.

Install a powerful refrigerator in the projectile. Создание холодильника с источником питания и всем необходимым, способного выдержать огромное ускорение, которое испытает снаряд, разгоняющийся до скорости света, было бы настоящим достижением.
@Bartors Не указано, сколько времени снаряду дается на ускорение. Повреждение оборудования из-за ускорения не является проблемой, если оно ускоряется не более чем на несколько G в течение недель или лет. Если бы вы думали, что он разгонится до релятивистских скоростей в стволе относительно короткого ружья, вам пришлось бы призвать магию; ни один твердый объект не мог выдержать таких ускорений, а отдача разорвала бы все, на чем было установлено орудие, а также само орудие.
Уточняется, что снаряд будет использоваться в «космическом бою». И хотя технически это могло означать сражение между солнечной системой и галактикой, мое понимание заключалось в более «динамичной» боевой среде. Я согласен с тем, что разгон до релятивистской скорости с «коротким стволом» невозможен с сегодняшним материалом, но я читал в некоторых местах о снаряде рельсотрона, выдерживающем 60 кГс, намного превышающем то, что мог бы выжить объект, более сложный, чем цельный металлический блок (я помню бумага, в которой утверждалось, что высокотехнологичный танковый снаряд выдержал ~50G)
@Bartors 60 000 g через пушку длиной 1 км дадут вам только 0,01% скорости света. Если вы хотите разогнаться до 0,9°С при таком ускорении, длина вашей пушки должна составлять 60 миллионов километров. Теперь, может быть, ваша пушка имеет длину всего 1 км и вместо этого разгоняется до 600 000 000 000 g; это даст вам 0,9°C, но ни один материал не выдержит этого. Возможно, ваше ружье ускоряется так, что снаряд ничего не чувствует, вроде гравитации. Тогда вы можете отправить холодильник без проблем.
Еще один интересный факт: при излучении тепла назад достигается незначительное ускорение.
@causative Я не говорю, что у вас нет смысла, потому что он есть, но я указал 0,1C, что все еще непристойно, но не настолько, как 0,9C.
@causative Идея с охлаждением симпатичная, но последствия утечки будут катастрофическими с точки зрения точности. Магнитное поле лучше.
@causative:> 60 000 G через пушку длиной 1 км дадут вам только 0,01% скорости света. Это была моя точка зрения, закаленная часть военной техники может выдержать ячмень 60 кг, холодильник выдержит гораздо меньше.

В дополнение к уже существующим предложениям по магнитному отклонению и/или охлаждению можно использовать гораздо более простую схему охлаждения.

Хладагенты (например, жидкий гелий, азот или любой другой хороший испаряющийся хладагент, в зависимости от требуемой температуры поверхности) могут быть направлены к «передней части» снаряда, поглощают тепло и выбрасываются из снаряда. При соответствующей конструкции эта система охлаждения требует очень мало движущихся частей и сложного дорогостоящего оборудования.

Конечно, недостатком является то, что снаряд становится легче во время полета, что не очень хорошо для релятивистских снарядов, но с более дешевыми снарядами вы всегда можете выстрелить больше, чтобы компенсировать потерю кинетической энергии.

Испарительное охлаждение работает потому, что вещество крадет энергию у своего окружения, за счет того, что оно испаряется при заданном пороге, поэтому, если оно достигает порога за счет случайного обмена энергией (движения тепла) в системе, оно уходит из системы, имея больше средней энергии, чем остальная часть системы. Проблема в том, что для этого нужен окружающий воздух, в вакууме он просто моментально испаряется. Другая проблема заключается в том, что, поскольку он находится спереди, он нагревается в первую очередь, поэтому вместо этого имеет смысл иметь материал, который при нагревании просто ломается и остается позади...
И, наконец, количество энергии, которое может быть рассеяно при испарительном охлаждении, кажется слишком низким по сравнению с тем, что рассчитал Непене Неп.
@MarkusvonBroady Я имел в виду систему, которая передает тепло охлаждающей жидкости, например, тепловые трубки, встроенные в переднюю часть снаряда. Слово «испарительный» используется потому, что фазовый переход очень эффективно поглощает тепло, а низкая температура поверхности, необходимая для уклонения от обнаружения тепловых сигнатур, оставляет мало места для хладагента для поглощения тепла за счет повышения температуры. Я думаю, что то, что вы упомянули, ближе к абляционному материалу, который работает по тому же принципу фазового перехода.
Что касается расчета, я попытаюсь сделать его сам, чтобы увидеть, действительно ли он жизнеспособный, тем временем для справки может быть полезен водородный пароход Toughsf, который имеет ту же идею (хотя и в другом масштабе).
Каждый грамм жидкого водорода, хранящегося при температуре 5K, может вывести из системы около 270 Дж сразу после испарения, что, по словам Непене Непа, может обеспечить 6-секундное охлаждение. (При таком уровне мы могли бы также учитывать солнечное излучение, но это выходит за рамки данного обсуждения). Чтобы снаряд преодолел расстояние в 1 а.е., необходимо 4990 секунд. Это соответствует 832 г жидкого водорода. Само по себе это число неплохое, но, учитывая чудовищную плотность жидкого водорода, требуется охлаждающая жидкость получше. Азот — хороший кандидат, но его температура кипения может быть слишком высокой для эффективной скрытности.
Опять же, зачем вам "охлаждать", "отводить тепло" и т.д. Все, что вам нужно, это материал на лицевой стороне, который нагревается, а затем отваливается. По сути, количество «охлаждения», которое вы можете сделать, это просто теплоемкость материала на передней панели.
потому что, на мой взгляд, материал, который достаточно эластичен и разрушается при правильной температуре (чтобы излучение черного тела не сигнализировало о его присутствии для всей Солнечной системы), несколько сложнее разработать, чем тепловые трубки, встроенные в графитовую броню, которые соединены в бак с жидким азотом
Хммм... Думаю, взять оптимальное соотношение высокой температуры плавления, низкой теплопроводности и высокой теплоемкости, придать ему форму конуса, инженерия действительно сводится к таким слоям конуса, чтобы форма конуса сохранялась так как материал плавится и продолжает соскальзывать. Я считаю, что это намного проще по дизайну, чем встраивание холодильника в пулю. Не только это, но я не понимаю, как в пустоте космоса передача тепла спереди назад и использование газа для высвобождения этого тепла может высвободить больше энергии, чем избегание передачи тепла и просто высвобождение нагретого материала. 🤔
«высокая температура плавления» Это мгновенно побеждает цель скрытности. Чтобы материал плавился при высокой температуре и отливался, он должен сначала достичь этой температуры. И прежде чем вы достигнете температуры, скажем, 1000К, инфракрасный телескоп сможет увидеть вас на противоположной стороне Солнечной системы. Это при условии, что материал сначала соскользнет. В космосе нет воздуха, чтобы сдуть материал, и сила, возникающая при столкновении со звездной средой, практически отсутствует (при величине 10^-20 Н в секунду). Все, что расплавится, останется там.
Я сказал "оптимальное соотношение". Ваш газ тоже горячий, когда вы выбрасываете его, верно? В противном случае он меньше охлаждает объект. Какую логику я здесь упускаю, почему лучше сохранить часть энергии при передаче ее газу, а не выбрасывать энергию целиком? Что касается соскальзывания, честно, возможно, вам нужно что-то, что испаряется...
Горячий в смысле десятки или максимум <200К. Да, это очень неэффективно, но стелс в космосе должен быть неэффективен, если это стелс. "почему лучше сохранить часть энергии, передавая ее газу, чем выбрасывать энергию целиком?" Что? независимо от того, какую охлаждающую жидкость или температуру на выходе вы используете, общая выходящая тепловая энергия одинакова. Проблема в том, что, хотя использование высокотемпературных теплоносителей очень эффективно, они также излучают инфракрасное излучение, которое невероятно легко обнаружить в космосе. Поэтому важно поддерживать низкую температуру поверхности, чтобы избежать обнаружения.
Вы не можете просто взять все тепло спереди, передать его некоторым атомам сзади и выбросить это. Некоторое количество тепла будет рассеиваться внутри всей пули. Конечно, вы можете использовать принципы охлаждения, чтобы поддерживать низкую температуру в целом, но становится все труднее по мере того, как вы хотите снизить температуру. Между тем можно послать пулю с температурой около 0К и экраном из замороженного газа, который как только нагреется до температуры, вероятно, еще ниже рабочей температуры пули-холодильника, локально испарится, удаляя самое горячее (и так излучающее) элемент от пули.

Их нельзя спрятать.

Каждое столкновение с протоном генерирует (1,6726219*10^-27 кг) 30000000^2= 1,5· 10^-12 джоулей энергии. Предположим, снаряд площадью 100 см и 3 снаряда на кубический сантиметр. Каждые тридцать миллионов метров движения, каждую секунду они нагреваются на 45 джоулей.

20 ватт достаточно, чтобы обнаружить "Вояджер-1" на расстоянии 18 миллиардов километров. Достаточно было бы обнаружить свой снаряд, тем более с футуристическими космическими технологиями.

Насколько скрытным может быть высокоскоростной снаряд для космического боя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v