Gibt es tatsächlich eine Möglichkeit, eine totale Verweigerung der Umlaufbahn zu erzeugen?

Orbital Denial ist wie Area Denial, wird aber auf die gesamte Umlaufbahn eines Planeten oder sogar eines Sterns angewendet. Ich weiß nicht mehr, wo ich den Begriff zum ersten Mal gehört habe, aber ich weiß, dass Max Brooks ihn in World War Z verwendet und darauf hinweist, dass die kontrollierte Detonation einer einzelnen Raumstation ausreichen könnte, um den Betrieb im Low Earth Orbit auf unbestimmte Zeit einzustellen. Wie würde das funktionieren? Die Frage ist zweigeteilt:

  1. Wie viel Material müsste herumfliegen, das nicht mit modernen Bildgebungs- und Radartechniken kartiert und vermieden werden könnte?
  2. Wie groß müssten die Fragmente sein, damit moderne Raumstationen, Kapseln und Satelliten bei normalen Umlaufgeschwindigkeiten gefährdet sind?

Für diejenigen, die mit dem Sprachgebrauch nicht vertraut sind: Gebietsverweigerung ist eine Strategie, die im Bodenkampf verwendet wird, bei der ein Teil des Schlachtfelds oder sogar ein ganzes Land unzugänglich gemacht wird, weil es eine hohe Dichte an „passiven“ Waffen enthält (d kein Bediener erforderlich). Die verwendeten Waffen können so einfach wie Pfähle im Boden oder so komplex wie Maschinengewehre mit Bewegungsauslöser sein, waren aber traditionell Dinge, über die Soldaten oder Fahrzeuge „stolpern“, indem sie entweder darauf stehen oder darüber fahren. Der Beispielfall für die Verweigerung der Umlaufbahn würde das gleiche Prinzip eines dummen Objekts verwenden, auf das Sie stoßen müssen, aber in diesem Fall sind es Trümmer und die beteiligten kinetischen Energien sind viel größer.

Sie fragen also im Wesentlichen, wie man absichtlich ein Kessler-Syndrom erzeugt ?
@ Azaron. Denn so löst man doch keine NSA-Flaggen aus, oder?
space.se hat ein paar Fragen, die Ihnen gefallen könnten. 1 2 3
Könnten Sie für diejenigen von uns, die „World War Z“ noch nicht gelesen haben, entweder „Oribatl Denial“ oder „Area Denial“ definieren? Es klingt wie eine Blockade, aber ... zufällig/ohne bewusstes Eingreifen. Habe ich recht?
@jpaugh Im Grunde ist es eine Blockade, für deren Durchsetzung niemand in der Nähe sein muss. Stellen Sie sie einfach ein und gehen Sie weg.
@Azuaron Es kann eher umfassend als absichtlich getan werden, aber der Zerstörungsmechanismus ist derselbe, ja.
@Ash schau dir auch diese Frage an; es sieht so aus, als ob viele lösungen an der übertriebenen „größe“ des raumes scheitern. worldbuilding.stackexchange.com/questions/91541/…

Antworten (4)

Ah, Kessler-Syndrom . Immer ein Favorit, wenn es um orbitale Katastrophen geht. Ich habe über eine ähnliche Situation geschrieben , in der es für Menschen unmöglich wird, die Erdumlaufbahn sicher zu erreichen, basierend auf Daten von Weltraumbehörden. Ich habe die Gleichung ( Gl. 2 ) verwendet:

N = v EIN n Δ t
wo N ist die Anzahl der Kollisionen über einen Zeitraum, EIN ist der Bereich des Raumschiffs oder der Raumstation, v ist die relative Geschwindigkeit des Schiffs und des Trümmerstücks, und Δ t ist der Zeitraum, in dem die Begegnungen stattfinden. Sagen wir EIN = 500  m 2 (ein großes Schiff/eine kleine Raumstation), Δ t = 5600  s (der ungefähre Zeitraum der ISS) und v = fünfzehn  km/s , das Doppelte der Orbitalgeschwindigkeit der ISS (denken Sie daran, dass dies die relative Geschwindigkeit ist, sodass sich jedes Objekt mit dieser Geschwindigkeit bewegen könnte, aber in entgegengesetzte Richtungen).

Wenn wir setzen N = 1 (eine Kollision pro Umlaufbahn) finden wir eine Zahlendichte von

n = N v EIN Δ t = 1 15000 ⋅ 500 ⋅ 5600 = 2.38 × 10 − 11  m − 3
Stellen Sie sich jedoch einen Ring vor, der um den Orbitalradius der ISS zentriert ist (ca 400  km ). Wenn der Ring einen Radius von hat 10  km - genug, um ein solches Ziel auch bei einer nicht kreisförmigen Umlaufbahn zu treffen - dann ist sein Volumen ungefähr ∼ 10 13  m 3 . Das bedeutet, dass wir allein in diesem Bereich etwa 200 Objekte mit zufälligen, unkontrollierbaren Pfaden benötigen würden, um eine Kollision wahrscheinlich zu machen. Und das ist nur ein orbitaler Bereich!

Allerdings müsste die Zahl aus mehreren Gründen noch höher sein:

  • 200 Objekte sind sicherlich genug, um sie zu verfolgen. Allein die USA verfolgen fast 18.000 Stück ; 200 wäre einfach.
  • Die Objekte müssten groß sein, um ein ordnungsgemäß geschütztes Raumschiff zu beschädigen - und je größer das Objekt, desto einfacher ist es, es zu überwachen.
  • Selbst wenn Sie diese ringförmige Region abdecken, kann jedes Schiff einfach eine andere Umlaufbahn wählen (im Rahmen des Zumutbaren). Vielleicht können Sie also ein paar Orbitalspuren schließen, aber es sind noch viel mehr verfügbar.

Orbitale Verweigerung ist also nicht einfach so herzustellen, dass sie einen ganzen Planeten betreffen könnte . Es ist ziemlich schwer.

Ich stimme der Prämisse nicht zu, dass es schwierig ist, das Kessler-Syndrom bis zu einem Punkt zu bewirken, an dem es unmöglich ist, Raumfahrzeuge für einen angemessenen Zeitraum zu haben. Objekte mit einer Größe von 3-7 cm (Kugeln, Würfel usw.) können (wenn überhaupt) nicht einfach verfolgt werden, können aber dennoch enormen Schaden anrichten. Selbst wenn ein Aufprall im rechten Winkel erfolgt (eine Aufprallgeschwindigkeit von ~ 10 km / s), glaube ich nicht, dass es eine glaubwürdige Möglichkeit gibt, eine Raumstation oder ein Schiff vor diesen Trümmern zu schützen. Aluminium- oder Stahlkugeln mit einer Größe von 5 cm, die mit einer nicht reflektierenden Beschichtung lackiert sind, wären für einen staatlichen Akteur äußerst billig herzustellen und auf den Markt zu bringen ...
... und nur wenige (wenn überhaupt) staatliche Akteure wären in der Lage, solche Objekte konsequent zu erkennen und zu vermeiden. Selbst wenn verfolgbare Trümmer in die Umlaufbahn gebracht würden, wäre es nicht trivial, Tausenden von Objekten gleichzeitig auszuweichen, und würde die Lebensdauer von Raumfahrzeugen drastisch verkürzen, um häufig Ausweichmanöver durchzuführen.
@costrom Selbst wenn dies der Fall ist, deckt es immer noch nur einen Teil des Orbitalbereichs ab. Es gibt keinen einfachen Weg, eine vollständige planetarische Blockade zu schaffen.
Schauen wir uns Ihre Zahlen an. 200 Stück geben eine vernünftige Ablehnung für 20 km. Sie benötigen also 10 Stück pro km. Also 8.000 Stück gibts bis 1.000km leugnen. Sie können dies nicht vermeiden, indem Sie eine andere Umlaufbahn wählen, da sich alle Umlaufbahnen in einer bestimmten Höhe schneiden. Sie können nur versuchen, die Nadel durch die Trümmer zu fädeln und in eine Umlaufbahn über den höchsten Trümmern zu klettern.
@LorenPechtel Eine andere Umlaufbahnneigung würde jedoch die Reisezeit durch den Trümmerstrom minimieren, wenn ich mir das richtig vorstelle (und mich korrigieren, wenn ich es nicht bin). Eine Überschneidung ist unvermeidlich, aber es wird nicht für eine beträchtliche Zeitspanne auf jeder Umlaufbahn dauern.
Eine Kollision pro Umlaufbahn ist das, was Sie für alles andere als etwas bekommen, das sich in einer fast perfekten entgegengesetzten Umlaufbahn befindet, was Ihnen dann zwei Chancen pro Umlaufbahn gibt. Die Umlaufbahn spielt keine Rolle!
Eine einzelne kleine Kollision innerhalb einer Umlaufbahn kann einem Schiff/einer Station keinen Schaden zufügen, aber sie wird neuen Schutt auf sich kreuzenden Umlaufbahnen erzeugen. Somit wird die Gefahr beim 2. (und 3., 4., 5. usw.) Mal stark erhöht. Es kann lange dauern, aber Tatsache ist, dass es jetzt viel mehr Trümmer gibt, die kollidieren können , und atmosphärische Effekte werden sie etwas verteilen. Ein Fahrzeug kann also von einer Kugel gestreift werden, wird aber später von einer Schrotflintenexplosion seines eigenen Materials getroffen. Jedes Stück hat weniger Energie, aber die größere Anzahl von Stücken macht es wahrscheinlicher, dass man eine Schwachstelle trifft. Das ist ein erhebliches Problem.

Die Explosion einer einzelnen Station würde denjenigen, die orbitale Einsätze planen, große Kopfschmerzen bereiten, aber es gibt nicht genug Material in der ISS oder irgendetwas Vernünftiges zum Bauen und Starten, um mehr als einen kleinen Bereich abzudecken.

Zum einen müssten Sie es zu Konfetti zerkleinern, um einen großen Bereich abzudecken. Viel Glück damit. Bei den meisten Explosionen würde das meiste Material in ziemlich großen Stücken vorliegen, da eine Explosion ein sich ausdehnendes Gas oder Plasma in einem Behälter ist, der es daran hindert, herauszukommen. Der Behälter versagt im Allgemeinen an seinen Schwachstellen und das Gas oder Plasma verbraucht den größten Teil seiner Kraft, um durch diese Öffnung herauszukommen. Die einzige Möglichkeit, Konfetti zu bekommen, besteht darin, dass die Explosion groß genug ist und sich gleichmäßig genug durch den Behälter ausbreitet, dass sie im Wesentlichen überall aus dem Behälter ausbricht.

Allerdings ist Orbitalverleugnung einfach. Haben Sie 3 oder mehr Satelliten (zur Abdeckung), die Raketen (oder geführte Brechstangen) auf alles abfeuern, was versucht, von der Erde zu starten. Es braucht viel Treibstoff, um zu starten, und die meisten Startraketen sind in der Regel groß und langsam. Sie sind schwer genug, dass sie wahrscheinlich nicht manövrierfähig genug sind, um viel auszuweichen. Es wäre, als würde man Tontauben schießen. Ein Start wäre, als würde man „pull“ schreien.

Aus diesem Grund gibt es so viele Verträge über die Begrenzung von Waffen im Weltraum. Nicht weil sie Angst haben, dass wir uns dort gegenseitig umbringen. Das liegt daran, dass sie verwendet werden können, um jeglichen Zugang zum Weltraum zu verweigern.

Wie wollen Sie diese Satelliten betanken? Warum wäre es unmöglich, diese Satelliten mit Raketen anzuvisieren (selbst zu unerschwinglichen Kosten)?
@MatthieuM. Das Zielen von Satelliten mit einer Rakete ist bereits möglich und relativ billig. Die ISS ist niedrig genug, um mit ICBMs angegriffen zu werden, die sicherlich nicht unerschwinglich teuer sind!
@MatthieuM. Im Kampf gibt es niemals ein Absolutes. Alles, was Sie tun können, ist, die Gewinnkosten für den Gegner zu hoch zu machen. Deshalb ist die Anhöhe so ein Vorteil. Die Anzahl der Raketen, die benötigt werden, um einen Satelliten auszuschalten, der sich selbst verteidigen kann, ist wahrscheinlich höher als die Kosten des Satelliten. Kraftstoff ist kurzfristig nicht erforderlich. Langfristig tanken Sie damit gute Reserven.
@UKMonkey, wenn sich der Satellit verteidigen kann, kann er viel billigere Raketen verwenden, um sich zu verteidigen, als Sie verwenden, um zu versuchen, ihn auszuschalten. Auch von einem anderen Standpunkt aus gewinnt der Satellit bereits. Wenn Sie 10 Interkontinentalraketen senden, um es auszuschalten (selbst wenn erfolgreich), sind dies 10 Interkontinentalraketen, die nicht gegen Ihren Feind eingesetzt werden können.
@ShadoCat: Bei "refuel" dachte ich an das Auftanken in Bezug auf Munition. Um eine Rakete abzufangen und tatsächlich die Umlaufbahn zu verweigern, muss sie Masse verlieren, und ihre Masse ist wahrscheinlich nicht unendlich. Darüber hinaus bedeutet das Auftanken, Masse dorthin zu schicken, was zu verweigern programmiert ist; und jede "Umgehung" kann untergraben werden. Es ist eine faszinierende Idee, aber Sie sprechen von "einfach und offensichtlich", während es mir ziemlich kompliziert und unsicher erscheint. Ich bin nicht überzeugt, dass es funktionieren könnte.
@MatthieuM. Wir haben Orbital-Denial-Satelliten mindestens seit den 80er Jahren auf den Reißbrettern. Es gibt nichts Super-Hightech. Die Satelliten wurden nicht wirklich für das Nachladen von Munition entwickelt, da die Designer die Notwendigkeit nicht sahen. Wenn zu dieser Zeit diese Satelliten eingesetzt werden müssten, wären unsere Interkontinentalraketen unterwegs und der Krieg wäre bis auf die leuchtenden Punkte bereits vorbei. Das Auftanken diente hauptsächlich der Reaktionsmasse, um die Satelliten in der Umlaufbahn zu halten. Das Nachladen von Munition ist auch für einen weniger als vollen Krieg möglich.
@ShadoCat Du denkst, dass das Schießen auf eine Rakete und das HINZUFÜGEN von Weltraumschrott einen Satelliten schützen wird? Es könnte verhindern, dass es in die Luft gesprengt wird, aber es wird trotzdem von den Raketentrümmern getroffen und zerstört. Und du denkst, das Abfeuern einer Rakete von einem Satelliten ist billig? Wie, glauben Sie, ist es überhaupt in den Weltraum gekommen?
@UKMonkey, Wenn Sie die Startrakete erhalten, während sie sich noch in der Atmosphäre befindet, werden die meisten Fragmente von der Luft verlangsamt (wie dünn sie auch sein mögen) und wenn sie es in den Weltraum schaffen, befinden sie sich wahrscheinlich in ballistischen Flugbahnen. Die Rakete, die den Satelliten startet, muss (hoffentlich) nicht ausweichen und die Antiraketen werden relativ klein sein. Wenn Sie den Satelliten für die Kosten von 2 Interkontinentalraketen starten und 10 Interkontinentalraketen abschießen können, ist es ein Gewinn. Vor allem, wenn der Gegner eine geringe Anzahl von Interkontinentalraketen hat.

Ich denke, es spielt eine große Rolle, ob es sich um einen Unfall, einen improvisierten Angriff oder einen absichtlichen Angriff handelt. Im schlimmsten Fall sollte ein vorsätzlicher Angriff problemlos möglich sein. Zum Beispiel:

Verwenden Sie eine große Trägerrakete (wie zum Beispiel eine Saturn V, um der Argumentation willen), starten Sie die Nutzlast in die Erdumlaufbahn und schicken Sie sie zum Mond. Machen Sie eine Schleife um den Mond und kehren Sie in einer Achterfigur zurück, die in der erforderlichen Höhe eine rückläufige Umlaufbahn um die Erde betritt. Setzen Sie an dieser Stelle die Nutzlast über eine kleine Sprengladung frei. Die Nutzlast beträgt 40 Tonnen 1g Stahlkugellager. 40 Millionen von denen in und um die beabsichtigte Umlaufbahn sollten effektiv alles in dieser Umlaufbahn zerstören.

Ich bezweifle, dass solch kleine Objekte leicht verfolgt werden könnten, und ich bin mir sicher, dass ein Aufprall aufgrund der Energie ausreichen würde, um katastrophale Schäden anzurichten – insbesondere in einer rückläufigen Umlaufbahn. Wenn die Witwe eines Space Shuttles durch den Aufprall eines Farbabplatzers beschädigt wurde, sollte ein 1-g-Kugellager groß genug sein und genügend Energie haben, um ein großes Loch in alles zu bohren, was sich wahrscheinlich im Orbit befindet.

Eine Mondschleuder klingt cool, aber ist es nicht viel billiger, direkt in die rückläufige Umlaufbahn zu starten?
Ich bin kein Experte. Aber ich ging davon aus, dass Sie die Erdrotation besser nutzen könnten, wenn Sie nach Osten fliegen und den Mond dazu bringen könnten, Ihre Richtung „umsonst“ umzukehren. Anstatt nach Westen zu fliegen, zu kämpfen, um die Erdrotation aufzuheben, und dann Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung aufbauen zu müssen. Vielleicht ist die Mondinjektion zu kostspielig, vielleicht hängt es davon ab, auf welche Umlaufbahn Sie zielen möchten?
@Slarty, das hört sich so an, als würde es funktionieren (RE: John Dvorak), aber ich habe keinen guten Überblick über die Delta Vs beider Lösungen. Ein Problem dabei ist, dass Ihr Fahrzeug für eine lange Fahrt anfällig ist. Es würde ein wenig Ausflüchte brauchen, um es durchzuziehen.
Das stimmt, aber Gegenmaßnahmen sind bis zu einem gewissen Grad möglich. Eine Waffe, die den Mond umkreist, würde helfen. Es wäre auch möglich, die Erkennbarkeit des Flugkörpers durch Beschichtung seiner Oberfläche und den Einsatz von Stealth-Technologie zu verringern. Darüber hinaus könnten vor und während des Angriffs mehrere reflektierende Köder eingesetzt werden. Mehrere kleine Waffen könnten äquivalent zu MIRVs des Kalten Krieges eingesetzt werden. Schließlich könnte ein Beinaheunfall, der die Waffe gerade beschädigt oder zerstört hat, sie auf der gleichen Flugbahn mit dem gleichen Ergebnis zurücklassen, es sei denn, es gab einen direkten Treffer durch eine große Atomwaffe.

Es ist überraschend einfach. Einfach Sand werfen. Kinetische Energie proportional zu v 2 ist für solche Dinge überraschend praktisch.

Nehmen wir an, wir wollen eine Abdeckung von 1m^2 pro ISS-ähnlicher Umlaufbahn. (Das heißt, eine Kollision im Durchschnitt pro Umlaufbahn pro 1mx1m Fläche.) Verwenden der gleichen Gleichung wie @ShadoCat , dh

N = v EIN n Δ t

Δ t = 5600  s (Periode der ISS) und v = fünfzehn  km/s (relative Umlaufgeschwindigkeit, wenn man bedenkt, dass die Umlaufbahnen zueinander rückläufig sind).

Die Dichte ist also

n = N v EIN Δ t = 1 fünfzehn k m s ⋅ 1 m 2 ⋅ 5600 s = 1.19 × 10 − 8  m − 3

Betrachten wir das Volumen einer Kugelhülle um die Erde von sagen wir 350 - 450 km, so ergibt sich ein Volumen von ca 2 ⋅ 10 17 m 3 . Also bräuchten wir   2.4 ⋅ 10 9 Partikel.

Das klingt nach viel, ist aber überraschend klein. Ein kleines Sandkorn könnte 10 mg enthalten - in diesem Fall müssten Sie ~ 24000 kg in die Umlaufbahn heben. Ein einzelner Delta-IV-Heavy könnte das tun.

10 mg Partikel bei 15 km/s sind keineswegs sofort katastrophal (~1100 J, ungefähr auf dem Niveau eines Pistolenschusses), aber sie sind auch nicht zu verachten. (Antennen, Höhenjets, Sonnenkollektoren usw. nehmen wahrscheinlich relativ schnell Schaden. Dito Weltraumspaziergänge / usw.)

Dies ist wahrscheinlich eine „Orbitalverleugnung“ nur in Bezug auf „Niemand kann hier bleiben oder Solarpanels draußen haben usw.“. Ein einzelner Durchlauf wäre nicht annähernd so wahrscheinlich betroffen.

Beachten Sie, dass dies den Himmel wahrscheinlich nicht für immer verstopfen wird. Wiedereintrittszeiten werden in Monaten sein, nicht in Jahren. (Der Wiedereintritt von 450 km ist viel länger als von 350, Anmerkung.) (Trümmer, die jedoch von besagter Wolke verursacht werden ...)

(In der Praxis würden Sie dies mit einer Reihe kleinerer Starts tun. Es braucht viel, um die Orbitalflugzeuge zu wechseln).

(Ich beschönige hier auch eine Reihe von Dingen - die Umlaufgeschwindigkeit hier ist im Durchschnitt nicht doppelt so hoch (obwohl sie so voreingenommen ist) usw. Aber dem wird durch meine Berechnungen hier weitgehend entgegengewirkt, unter der Annahme, dass Sie die abdecken müssen Globus, während Sie in der Praxis nur viel weniger abdecken müssen.)

Schnelle Berechnung .

Inspiration .

Nun, ob Sie dies mit einer kontrollierten Detonation einer einzelnen Raumstation tun könnten? Nein. Die Orbitalmechanik erlaubt es nicht. Es müsste rückläufig sein, um zu starten, und selbst dann würde die Streuung nicht ausreichen. Obwohl, wenn Sie könnten ... die ISS allein ungefähr eine halbe Million kg oder eine Abdeckung von ~ 500 cm ^ 2 hat.

Gibt es tatsächlich eine Möglichkeit, eine totale Verweigerung der Umlaufbahn zu erzeugen?
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