Nach dieser Frage in genau der gleichen Umgebung
Ich erschaffe eine Welt, in der interstellare Sub-FTL-Reisen eine Sache sind, ebenso wie interstellarer Krieg, aber für den Zweck dieser Frage gehen wir davon aus, dass es sich um ein einzelnes System handelt.
Raumschiffe haben sich seit unserer heutigen Ära ziemlich weiterentwickelt, und ihre Größe reicht von mehreren Metern (etwa 2-mal größer als ein durchschnittlicher Luftüberlegenheitskämpfer, ein weltraumtaugliches bemanntes Schiff kann in meinem Universum nicht kleiner werden ) auf bis zu 20 Kilometer in Form eines vergrößerten Weltraum-U-Boots.
Waffen gibt es in unterschiedlicher Form und Größe (proportional zu dem Schiff, das sie trägt) und können in 3 Kategorien eingeteilt werden:
Raketen: Nur Ihre alltägliche Nutzlast mit selbstfahrendem Feuerstab, Sie könnten sie an dieser Stelle auch Torpedos nennen, soweit ich weiß, macht das keinen wirklichen Unterschied. Sie werden nicht größer als eine Interkontinentalrakete und die Technologie hat sich nicht viel weiterentwickelt, abgesehen von der Zielgenauigkeit und der Weltraumtauglichkeit.
Laser: Sie werden hauptsächlich als Gegenmaßnahme verwendet und/oder um feindliche Zielsysteme aus nächster Nähe zu stören (und gelegentlich, um den feindlichen Kommandanten als Streich durch das Fenster zu blenden).
Railguns: Hier war die Forschung und Entwicklung am erfolgreichsten, da diese Kanonen ziemlich groß werden können (erinnern Sie sich an die 20-km-Schiffe?) und das bisher größte Projektil satte 100 m lang ist und sich mit 30 km / s fortbewegen kann. Bild, wie Saturn V auf das feindliche Schiff geworfen wird). Bitte beachten Sie, dass die Geschwindigkeit bei kleineren Projektilen bis zu 150 km/s erreichen kann, aber das ist eine sehr spezialisierte Waffe und der Durchschnitt liegt bei weniger als 100 km/s für eine anständige Waffe.
In Bezug auf den Energiebedarf haben Kondensatoren einen langen Weg zurückgelegt und sind jetzt extrem effizient, ebenso wie die Kühlung, sogar im Weltraum (mehrmaliges Abfeuern einer Railgun schmilzt sie nicht für die ersten paar aufeinanderfolgenden Schüsse) und Fusion ist das Mittel der Wahl der Energieerzeugung in der gesamten Zivilisation. Das Dyson-Sphärenprojekt begann in einigen Systemen, und die Frage des Zugangs zum Wirtsstern löste die Kriege in den Systemen aus.
Dieses Mal möchte ich euch nach der Machbarkeit eines relativistischen 3-Stufen-Projektils fragen, das wie folgt funktionieren würde:
Eine solche Waffe ist in einer ohnehin schon nicht Stealth-freundlichen Umgebung nicht Stealth-freundlich, also möchte ich wirklich schnell gehen, wirklich schnell . Der Energieverbrauch ist der Einfachheit halber weg, und wir betrachten die Hülle nach der dritten Stufe als relativistisch schnell (mehr als 1% von C), kaum nachweisbar und mühsam abzulenken (Sie wollen keine Der Relativismus könnte auf Sie zukommen, indem er ihn zerstört ... oder tun Sie das?)
Und nun zur (etwas) knappen Frage: Wäre ein solches Waffensystem realistisch möglich?
Bitte beachten Sie, dass das Tech-Niveau dem heutigen mehrere Jahrhunderte voraus ist, daher ist es akzeptabel, die aktuelle Technologie bis an die Grenzen der Physik zu extrapolieren. Fühlen Sie sich frei, unten für fehlende Informationen zum Kontext zu kommentieren, falls erforderlich (Sie können auch die Rechtschreibung bearbeiten, meine vorherige Frage hat die Tatsache hervorgehoben, dass ich absolut daran scheiße bin).
Zuerst möchte ich etwas über RailGuns im Allgemeinen sagen
Eine der Websites, die Sie verlinkt haben, spricht über Children of a Dead Earth, die eine gemeinsame Sichtweise auf harte wissenschaftliche Weltraumkämpfe vertritt, also werde ich darüber sprechen.
Für Schiffe haben Sie zwei Bereiche. Bei einem Bereich ist die Orbitalmechanik wichtig. Schiffe sind weit weg. Sie können jedoch leicht die Beschleunigung, Masse usw. eines Schiffes ermitteln, da es so viel Wärme in den Weltraum abgibt. Sie wissen, wo es ist und wo es sein wird, wenn es seinen bisherigen Weg fortsetzt. Sie kennen auch die Grenzen, wo es sein könnte, wenn es seinen Kurs ändert. Bei dieser Reichweite dauert es jedoch eine Weile, bis Ihr Projektil dort ankommt. Selbst bei Ihrer "Nahaufnahmereichweite" von 10.000 km benötigt ein Projektil mit 100 km/s 100 Sekunden, um sein Ziel zu erreichen. Wenn das Ziel sofort einen harten 5-Gramm-Brand auslöste, wäre es 250 km von der Stelle entfernt, an der Sie es erwartet hätten. Kleiner Abstand für Platz, aber leicht groß genug, um zu übersehen.
Was ist mit der Sättigung des Bereichs mit Feuer? Betrachtet man die Größe eines U-Bootes, im besten Fall für den Schützen, hat Ihr 20 km langes Schiff eine Querschnittsfläche von 20 * 1,4 = 168 km ^ 2. Die Zielzone hat eine Fläche von 196.000 km^2. Dies gibt einem einzelnen Projektil eine Trefferchance von 0,08 %. Wenn Sie ungefähr 70 davon gleichzeitig starten würden, hätten Sie ungefähr 50/50 Chancen auf mindestens einen Treffer. (99.02)^70. Angenommen, der Feind dreht sich, um Ihnen eine kleinere Zielzone zu präsentieren, kann dies erheblich schlimmer sein (obwohl dies wahrscheinlich bedeuten würde, dass jeder Treffer katastrophal wäre, direkt über die Länge Ihres Schiffes).
Die Mathematik wird bei größeren Entfernungen viel schlechter, obwohl Sie eine Sättigung erreichen können, indem Sie ein paar Projektile auf einmal abfeuern, aber die, die Sie zuerst abfeuern, werden langsamer, sodass sie alle gleichzeitig ankommen. Aber letztendlich wächst die Zielzone quadratisch mit der zusätzlichen Distanz, die das Schiff zurücklegen kann, und die wächst quadratisch mit der Flugzeit des Projektils.
HINWEIS: Dies setzt voraus, dass Sie bereits die Tatsache korrigieren, dass sich Ihr Gegner bewegt. Diese Mathematik basiert auf der Tatsache, dass Ihr Gegner anfangen könnte, schneller zu werden oder langsamer zu werden (oder einfach aufhört zu beschleunigen, wenn er bereits beschleunigt). Die einzigen Bedenken, die der Verteidiger hat, sind Treibstoff, welche Auswirkungen sie auf ihre Umlaufbahn haben werden. Ich nehme an, es könnte ein Problem der Abnutzung werden. Welche Schiffsbesatzung wird zuerst nicht in der Lage sein, mit den Gees fertig zu werden, oder welches Schiff muss zuerst brennen, um seine Umlaufbahn zu korrigieren.
Mein Punkt ist, dass Sie wirklich möchten, dass Ihre Projektile geführt werden, wenn sie in einer realen Entfernung verwendet werden.
Der andere Angriffsbereich ist der Selbstmordbereich, wo es wie ein Messerkampf wird. Schiffe haben keine Zeit auszuweichen, und der Kampf (oder zumindest jeder Kampf) ist in Sekunden vorbei. Schiffe könnten leicht ein relatives Delta von 10 km/s oder mehr haben.
Die eine Seite, auf die Sie verlinkt haben, scheint zu argumentieren, dass die "innere Engagement-Hülle" bei 1 Lichtsekunde beginnt und Railguns dort ernsthaft ins Spiel kommen. Ehrlich gesagt sehe ich es nicht. Sie sehen immer noch Laufzeiten von fast einer Stunde für Railgun-Projektile. Sie könnten mit einem mageren 1/10 g beschleunigen und fast 500 km von Ihrer erwarteten Position abweichen. Sie blicken immer noch auf einen riesigen Lichtkegel.
An deiner Messerkampfreichweite. Was wäre die Messerkampfreichweite? Normalerweise definieren die Leute es bei etwa 1/10 oder in der Nähe dessen, was Sie auf einen leeren Bereich hinweisen. Ehrlich gesagt habe ich noch nie ein überzeugendes Argument für die Verwendung traditioneller Railguns in realistischen Weltraumkämpfen gesehen (was immer noch nicht bedeutet, dass sie nicht cool sind).
Zu deiner Waffe
Vereinfachen Sie es ein wenig. Rail Gun starten Sie Ihre Raketen. Ein Railgun-Projektil kann, je nachdem, wie Sie es machen, ziemlich unauffällig sein. Sobald die Raketen in "Nahdistanz" kommen, schalten sie ein und geben Dampf und Kurskorrektur nach Bedarf. Ich weiß nicht, warum ich das nicht öfter vorgeschlagen sehe.
Es scheint auch wie Overkill zu sein, wie geschrieben. Es sei denn, dies ist eine Massenvernichtungswaffe, die gegen feste Ziele eingesetzt werden soll (was die Dinge VIEL ändert).
Aber schauen wir uns an, wie es geschrieben wurde.
Erste Etappe 150 km/s in 18 km. Das ergibt eine Beschleunigung von etwa 63.000 Ge. Das ist eine Menge. A = V^2 / (2X)
Nehmen wir an, Ihr Projektil besteht aus einem Material, das Stahl ebenbürtig ist.
Schauen wir uns die Druckfestigkeit von Stahl an, 250 MPa, das ist der Druck, dem er standhalten kann, bevor er bricht.
Wir multiplizieren unsere Beschleunigung mit M und den Druck mit A, und wir können ein Verhältnis von Masse zu Querschnittsfläche für unser Projektil erhalten. 396 km/m^2
Die Masse ist gleich Volumen mal Dichte. Das Volumen ist Fläche mal Länge. Unser Verhältnis von M/A wird also A L p / A oder einfach nur L*p
Die Dichte von Stahl beträgt 7,85 g/cm^3 oder 7850 kg/m^3. Also Lp = 396 . L*7850 = 396.
Ihre Projektile müssen kürzer als 5 cm sein, um ein Zerbrechen zu vermeiden. Das ist also unser erstes Problem. Ihr Launcher muss länger sein.
Zweite Etage
Der Laser-Ablationsantrieb nimmt Ihrem Projektil Masse weg. Es hat einen ziemlich hohen ISP und Sie können Ihr Delta V mit der Raketengleichung V = 50.000 * ln (mi / mf) erhalten.
(Der ISP kann im Idealfall stark von etwa 200 bis zu 5000 variieren. Ich gehe mit den idealen Materialien usw.).
Wenn Sie also die Hälfte Ihrer Masse verbrauchen, gewinnen Sie etwa 36 km / s. Wenn Sie 9 Zehntel Ihrer Masse verbrauchen, gewinnen Sie etwa 115 km/s. Für einen Geschwindigkeitszuwachs von 150 km/s müssen Sie bis auf 5 % Ihrer Masse alles abtragen.
Selbst wenn wir also mit der Laserablation insgesamt bis zu 300 km/s erreichen, sind wir immer noch nur bei einem Zehntelprozent der Lichtgeschwindigkeit (Licht ist schnell).
Außerdem können Sie in dieser Phase aufgrund der leichten Verzögerung nicht viel tun, um sich auf entfernte Ziele einzustellen.
Was brauchen wir, um 1 % Lichtgeschwindigkeit zu erreichen? Wir müssen in dieser Phase fast 3000 km/s erreichen (technisch etwas weniger, aber der Beitrag der Railguns ist nicht wirklich so groß, nur etwa 5%).
Das ergibt ein Massenverhältnis von 1,14 x 10^26. AUTSCH!!!! Ehrlich gesagt ist die Laserablation gut, weil Sie keine Energiequelle mit sich führen müssen, aber sie ist nicht ideal für diese Anwendung.
Dritte Phase
Dies ist im Grunde ein Nuclear Pulse-Antrieb , der keinen maximalen ISP hat, der viel besser ist als die Ablation (obwohl der minimale viel höher ist). Auch hier müssen Sie Masse verlieren, um schneller zu werden. Wenn Sie eine ähnliche Menge an Masse verlieren, müssen Sie etwa 95 % Ihrer Masse wieder verlieren.
Fazit Nicht wirklich möglich. Sie könnten die letzte Stufe durch eine Art photonische Rakete (ähnlich wie NPP) ersetzen. Dies ist eigentlich das, was das Projekt Daedalus vorgeschlagen hat. Wenn Sie einen verwenden (falls es ihn jemals gibt), können Sie mit nur der Hälfte Ihrer Masse auf 1% Lichtgeschwindigkeit kommen. Viel machbarer.
Die Laserablation wird Ihnen nicht wirklich helfen.
Die andere Option sind längere Railguns. Machen Sie Ihre Railgun 20x länger und erreichen Sie jetzt 1% Lichtgeschwindigkeit. Natürlich gibt es noch andere Probleme. Wenn die Geschwindigkeit hoch wird, erledigt die Reibung die Arbeit schneller, was dazu führt, dass sie sich wie verrückt aufheizt, aber es scheint, als würden Sie bereits davon ausgehen, dass sie Lösungen für solche Probleme haben.
Es sieht sehr kompliziert und unpraktisch aus.
Zunächst einmal näht man mehrere Systeme zusammen, die nacheinander funktionieren sollen, und so lautet ein altes Motto unter Zuverlässigkeitsingenieuren
Was nicht vorhanden ist, kann nicht kaputt gehen
Lassen Sie uns dann einen Blick auf einige grundlegende physikalische Gleichungen werfen.
Die zurückgelegte Strecke ab noch kann über berechnet werden
während die Geschwindigkeit berechnet werden kann als
Basierend auf Ihren Einschränkungen von Und , bekomme ich eine Beschleunigung von ca und eine Zeit von ungefähr einer Viertelsekunde.
Das bedeutet die 60000-fache Beschleunigung, die wir auf der Erde erfahren. Wenn Sie mit dieser Beschleunigung 1 kg schieben, erfährt das Projektil eine Kraft, die dem Gewicht von 600 Tonnen entspricht!
Es fällt mir schwer, einen Präzisionsmechanismus zu finden, der solchen Kräften standhält, ohne auseinanderzubrechen. Und nach diesem Schlag möchte man auch die anderen beiden Stufen nutzen...
Mein Rat wäre: Geh einfach. 1 Railgun auf Hormone reicht bereits für die Aufhebung des Unglaubens. Fordere es nicht weiter heraus.
Die immer praktische Atomic Rockets- Website bietet die Art von Details und Tabellen, um die gewünschten Berechnungen durchzuführen, aber es gibt tatsächlich mehrere einfachere Möglichkeiten, über diese Dinge nachzudenken (bevor Sie Servietten herausziehen, um Berechnungen durchzuführen).
Zunächst einmal ist kinetische Energie eine wirklich großartige Sache in einer Weltraumumgebung. Die magische Gleichung lautet Ke=1/2Mv^2. Da die Geschwindigkeit im Weltraum für unsere gewohnten Maßstäbe erstaunlich hoch ist, wird das „v“ plötzlich extrem wichtig. Bei den sehr bescheidenen Geschwindigkeiten von 7 km/s im Erdorbit werden Farbflecken, die sich von Boostern oder Satelliten ablösen, plötzlich zu gefährlichen Projektilen, die die schwer gepanzerten Fenster des alten Space Shuttle und der ISS beschädigen können . Die interplanetare Geschwindigkeit steigt von dort aus an, die schnellste Geschwindigkeit, die ein antriebsloses Objekt erreichen und im Sonnensystem verbleiben kann, beträgt 72 km/s . Geben Sie diese Zahl in Ihren Taschenrechner ein und sehen Sie sich die Anzahl der Joule Energie im Ergebnis an.....
In der Science-Fiction gibt es eine kleine Konvention, die Energie kinetischer Projektile im Weltraum als „Ricks“ der Energie zu bezeichnen (nach Rick Robinson ), der darauf hinwies, dass ein Objekt, das sich gemächlich mit 3 km/s bewegt, die gleiche kinetische Energie hat wie sein Masse in TNT. Sie könnten ein Raumschiff mit der gebrauchten Katzenstreu aus dem Katzenklo des Schiffes treffen und den gleichen Effekt erzielen wie mit einem Sprengkopf.
Was die tatsächlichen Rail/Coilguns betrifft, hier ist ein relevanter Abschnitt von Atomic Rockets:
Nehmen wir als Beispiel an, wir haben eine synchrone Coilgun und die Coilgun kann 1-Tesla-Felder erzeugen (eine gute Zahl, die den Ferromagneten nicht sättigt). Unser vermuteter Ferromagnet ist wahrscheinlich hauptsächlich Eisen, mit etwa 8000 kg/m3. Um 100 km/s zu erreichen, benötigt man 40 TJ pro Kubikmeter Projektil. Da dies die 100-Millionen-fache Energiedichte des Feldes ist, muss das Projektil das 100-Millionen-fache seines Volumens überstreichen, um auf die gewünschte Geschwindigkeit zu beschleunigen. Das bedeutet, dass Sie eine Beschleunigungsbahn benötigen, die 100 Millionen Mal so lang ist wie Ihr Projektil. Wenn das Projektil die Größe eines Zehncentstücks hat und 1 mm dick ist, benötigen Sie eine 100 km lange Strecke. Wenn 2,5 % der Energie aufgrund von Ineffizienzen als Wärme in das Projektil gelangen, erhalten Sie 100 GJ Wärme pro Kubikmeter Projektil oder 12 MJ/kg. Dies ist das Dreifache der spezifischen Energie, die durch die Detonation hochexplosiver Sprengstoffe freigesetzt wird, sodass Sie davon ausgehen können, dass Ihr Projektil wie eine Bombe in Ihrem Coilgun-Lauf explodiert. Folglich scheint dies ein nicht durchführbares Design zu sein.
Eine Anpassung ist also angesagt.....
Das Letzte, woran Sie denken müssen, sind Ihre Definitionen. Sie sagen "relativistisches" Projektil, aber die allgemein akzeptierte Definition von RKKVs ist eine Waffe, die sich mit einem großen Bruchteil von c bewegt. Wenn Sie Waffen mit dieser Geschwindigkeit herumschleudern, stellen Sie nicht nur Raumfahrzeuge, sondern auch Raumstationen, kleine Monde und Asteroiden, von denen viele wahrscheinlich in solchen Umgebungen bewohnt wären, existenzielle Bedrohungen dar. Ein Fehlschuss oder absichtlicher Angriff auf einen erdähnlichen Planeten wird wahrscheinlich Kontinente beschädigen oder die Art von Energie liefern, die „Dinosaurier“-Killer-Asteroiden erzeugen. Das mutige Ankündigen oder Verwenden solcher Waffen (unabhängig davon, wie unwahrscheinlich lang oder mächtig der Werfer sein muss) wird wahrscheinlich ein Wettrüsten auslösen, da jeder, der in der Lage ist, eine solche Waffe tatsächlich einzusetzen, einfach Ihre gesamte Zivilisation zerstören könnte. Basierend auf vielen der bereits aufgeführten Faktoren scheint es tatsächlich wahrscheinlich, dass, wenn solche Dinge existieren könnten, sie eher wie Landbatterien wären, die auf Asteroiden und Monden montiert sind, um feindliche Raumschiffe auf große Entfernung auszuschalten.
Alexcommil