Möglichkeit einer magischen elektromagnetischen Weltraumkanone in der Bronze-/Eisenzeit

Hintergrund

Dies ist eine quasi magische Welt, in der intelligente Arten eine Reihe von Biomen in einem Sternensystem bewohnen, von Asteroiden über Gasriesenmonde bis hin zu erdähnlichen Planeten. Diese Körper haben ähnliche Zusammensetzungen wie das Sonnensystem. Asteroidenbiome werden von konstruierten photosynthetischen „Pflanzen“ unterstützt, die von alten „Göttern“ hinterlassen wurden und in der Lage sind, luftdichte, unter Druck stehende Volumen mit (handbewegten) Luftschleusen aufrechtzuerhalten und auf andere Weise kohlenstoffbasiertes, sauerstoffatmendes Leben zu unterstützen.

Einige dieser Arten sind in der Lage, Magie einzusetzen. Im Rahmen dieser Frage hat Magie nur einen Zweck: elektrischen Strom liefern. Ein gesunder Erwachsener eines durchschnittlichen Humanoiden kann durch Entladen von Biokondensatoren einen sehr kurzen Impuls von ~500 J (vorläufig) abgeben und eine Minute lang eine Leistung von 200 W (vorläufig) aufrechterhalten. Für einen längeren Zeitraum beträgt die durchschnittliche Leistung ~100 W (vorläufig).

Bearbeiten: Der erzeugte kurze Impuls ist kurz genug, dass er direkt an Schienen (für Railgun) angeschlossen werden kann, um das Projektil zu beschleunigen, ohne dass zusätzliche Kondensatoren erforderlich sind. Alle oben genannten Energiezahlen können um höchstens 200 % erhöht werden, wenn es hilft, was uns 1500 J/600 W/200 W ergibt.

Frage

Ist es für diese Spezies möglich, irgendwo, irgendwann praktische elektromagnetische Waffen zu entwickeln, bevor sie ein technologisches Niveau erreichen, das dem der Menschheit des 16. Jahrhunderts entspricht * (in Bezug auf Metallurgie, Chemie, Herstellung usw.)? Wenn es möglich ist, wie, wann und wo?

*An diesem Punkt sollten die Erdgebundenen einfach auf Schusswaffen umsteigen und coole elektromagnetische Waffen mit Weltraummagie sind verloren.

Bearbeiten: Ich strebe tragbare, einindividuelle elektromagnetische Kleinwaffen an, da sie einfacher herzustellen sein sollten als komplexere, von der Besatzung bediente EM-Kanonen. Ihre beabsichtigten Konkurrenten sind mechanische Fernkampfwaffen wie Bögen und Armbrüste und frühe Schusswaffen wie Luntenschlossmusketen. Fortgeschrittenere Schusswaffen sind sicherlich besser als diese grausamen EM-Kanonen, aber sie sollten nicht Gegenstand der Diskussion sein.

Zu den elektromagnetischen Kanonen gehören Coilgun, Railgun, Reconnection Gun und andere exotischere Varianten. Solange sie elektromagnetische Kraft verwenden, um ein Projektil mit beträchtlicher Masse anzutreiben, qualifizieren sie sich.

Ergänzung: Material

Die Asteroiden enthalten höchstwahrscheinlich nicht oxidierte Metalle, die leicht verwendet werden können. Können diese Metalle, die mit Technologien aus der Zeit vor 1600 veredelt wurden, geeignete Materialien für den Bau einer elektromagnetischen Waffe liefern? Eines der Bedenken, die ich habe, ist der elektrische Widerstand. Kupfer ist bei weitem der am weitesten verbreitete Leiter, aber seine Leitfähigkeit wird stark reduziert, wenn es Verunreinigungen enthält. Kann Elektrolytkupfer effektiv hergestellt werden? Gibt es eine andere Alternative wie Silbermetall in den Asteroiden?

Ergänzung: Fertigung

Bei Railguns scheinen die Schienen viel Oberflächenfinish zu erfordern, um einen guten Kontakt mit dem Projektil zu erreichen, und die Herstellung solch solider Metallstücke kann eine Herausforderung für sich sein. Ebenso können Projektile eine gute Handwerkskunst erfordern, um gut in die Schienen zu passen. (Ich weiß aber auch nicht viel darüber) Im Fall einer Coilgun gehen Sie bitte davon aus, dass eine mehrstufige Coilgun möglich ist, weil ... entweder der Bediener mehrere kleinere Impulse in verschiedene Drähte entlädt oder eine Art elektrisches System im Weltraum. Können elektromagnetische Waffen mit angemessener Leistung in militärisch brauchbarer Menge hergestellt werden?

1600 ist keine Bronzezeit, zumindest nicht in Europa und den meisten Teilen Asiens
@L.Dutch Ich wollte nur eine Obergrenze für das technische Niveau ziehen. Wenn sie 3000 v. Chr. Eine EM-Waffe herstellen können, wäre dies zu begrüßen.
(1) Tatsächliche normale Menschen im wirklichen Leben können leicht 500 J mechanische Energie in einem kurzen Stoß (sogar 1500 J) abgeben, können leicht 200 W mechanische Leistung für einige Minuten aufrechterhalten und können 100 W mechanische Leistung abgeben Std. Und wir wissen, wie man mechanische Energie nahezu verlustfrei in elektrische Energie umwandelt. (2) Angesichts der Tatsache, dass wir mit unserer Technologie des 21. Jahrhunderts keine praktischen elektromagnetischen Waffen herstellen können, würde ich mit Gewissheit sagen, dass die Technologie des 15. Jahrhunderts nicht ausreichen wird.
Beziehen Sie sich auf einzelne Handwaffen oder auf Einrichtungen, die von mehreren kooperierenden Personen betrieben werden? (Nicht, dass es einen großen Unterschied machen würde, ich stimme AlexP zu, aber der Klarheit halber).
@AlexP Nun, ich habe vergessen zu erwähnen, dass ich mich auf Kleinwaffen bezog, die von einer einzelnen Person verwendet wurden. Und der erzeugte kurze Impuls ist kurz genug, dass er direkt zum Antreiben des Projektils verwendet werden kann. Ich werde die Frage bearbeiten, um dies widerzuspiegeln, sorry.
Und im 21. Jahrhundert gibt es keine praktische EM-Waffe, da die Stromerzeugung ziemlich ineffizient und sperrig ist, herkömmliche Kleinwaffen sind in Bezug auf Gewicht, Zuverlässigkeit, Kosten und sogar Feuerkraft weitaus besser. Mit der durch Magie gelieferten Elektrizität wird der problematischste Teil der EM-Waffe eliminiert, und in früheren Zeiten ohne automatische Schusswaffen könnten sie sicherlich wettbewerbsfähig sein?

Antworten (2)

Elektromagnetisches Katapult

Für eine Waffe braucht man einen Puls. Der 500J-Puls wird nicht viel tun. Eine "Waffe" geht auch davon aus, dass eine Kugel oder Kanonenkugel die Waffe mit hoher Geschwindigkeit in einer nahezu geraden Linie verlässt. Das ist nicht immer nötig, um zu "schießen" und Schaden zuzufügen. Das römische Katapult oder Glande warf Steine ​​und brennende Substanzen über Mauern. In der Bronzezeit wäre das eine überlegene Kriegswaffe.

Diese Kreaturen haben eine Minute 200 W Leistung zur Verfügung, 11,8 kJ, genug Energie, um einen 50 kg schweren Gegenstand 20 Meter hoch zu heben. Nehmen wir nun an, diese Leute sind handliche, intelligente Wesen. Wenn Sie die Energie eine Minute lang im Katapult speichern könnten, fügen Sie bei Bedarf 100 W Dauer hinzu und schießen Sie dann. Das Katapult dient als Federmechanismus und wandelt die Elektrizität in potenzielle Energie um.

Handspulenpistole

Angenommen, sie können Kupferdraht herstellen. Sie würden einen langen, geraden Stab oder Schilfrohr (z. B. 50 cm) verwenden, um mit dem Kupferdraht eine Spule zu wickeln, die zur Isolierung sorgfältig mit Strohhalmen und Blättern dazwischen angeordnet ist. Ein nadelartiger Pfeil wird im Schilf platziert. Der Pfeil ist vorzugsweise aus Eisen oder aus Bronze gegossen und poliert, mit Gift darauf.

Mit dieser Waffe konnten größere Tiere gejagt werden. Außerdem könnte es eine Mordwaffe ergeben, die verwendet werden kann, ohne Geräusche zu machen.

Kräfte bündeln

Sie können einen Weg finden, sich zB tausend Soldaten anzuschließen, die ihre magischen Elektrizitätsfähigkeiten "in Reihe" oder "parallel" anwenden, viel mehr Energie liefern und 3-kg-Kanonenkugeln verschießen, wie von JBH vorgeschlagen. Mit vereinten Kräften könnte eine Schienenkanone eine Option werden.

ABER

Ihre Pfeile oder Kugeln sind teuer!

Für Railguns oder Coilguns sollte Kupfer und Zinn im Überfluss vorhanden sein. Andernfalls würde es in der Bronzezeit sehr teuer werden, jedes Projektil mit beträchtlichem Gewicht als Munition zu verschwenden. Es muss aus leitfähigem, festem Material bestehen. Das ist Metall. Das Katapult scheint besser geeignet zu sein, da das Projektil selbst nicht durch elektromagnetische Kraft angetrieben werden muss. Sie können Steine ​​als Munition verwenden.

Das ist nicht die Antwort, nach der ich gesucht habe, aber großartig! Die Idee eines elektrischen Katapults ist interessant, obwohl es etwas schwierig ist, sich einen solchen Mechanismus vorzustellen. Vielleicht können Elektromotoren verwendet werden? Die Idee, dass eine Coilgun als lautlose Waffe verwendet werden kann, ist auch interessant, könnten Sie das näher erläutern?

NEIN

Es ist eine Frage des Maßstabs. Beginnen wir mit dem, was wir heute über eine funktionierende Railgun wissen:

Für potenzielle militärische Anwendungen sind Railguns normalerweise interessant, da sie viel höhere Mündungsgeschwindigkeiten erreichen können als Waffen, die mit herkömmlichen chemischen Treibmitteln angetrieben werden. Erhöhte Mündungsgeschwindigkeiten mit besser aerodynamisch stromlinienförmigen Projektilen können die Vorteile erhöhter Schussreichweiten vermitteln, während in Bezug auf Zieleffekte erhöhte Endgeschwindigkeiten die Verwendung von kinetischen Energiegeschossen mit Hit-to-Kill-Führung als Ersatz für Sprenggranaten ermöglichen können. Daher zielen typische militärische Railgun-Designs auf Mündungsgeschwindigkeiten im Bereich von 2.000–3.500 m / s (4.500–7.800 mph; 7.200–12.600 km / h) mit Mündungsenergien von 5–50 Megajoule (MJ) ab . Zum Vergleich: 50 MJ entsprechen der kinetischen Energie eines Schulbusses mit einem Gewicht von 5 Tonnen und einer Geschwindigkeit von 509 km/h (141 m/s).Für Single-Loop-Railguns erfordern diese Missionsanforderungen Startströme von einigen Millionen Ampere, sodass eine typische Railgun-Stromversorgung möglicherweise so ausgelegt ist, dass sie einen Startstrom von 5 mA für einige Millisekunden liefert. Da die für solche Starts erforderlichen Magnetfeldstärken typischerweise etwa 10 Tesla (100 Kilogauß) betragen, sind die meisten modernen Railgun-Designs effektiv luftkernig, dh sie verwenden keine ferromagnetischen Materialien wie Eisen, um den Magnetfluss zu verstärken. ( Quelle , Hervorhebung von mir)

Das sind fünf Millionen Ampere für ein paar Millisekunden, um 5-50 Megajoule zu erzeugen.

Und Ihre Kreaturen produzieren 500 Joule.

Um fair zu sein, Wikipedia spricht von einem Marinekanon.

Im Jahr 2010 testete die United States Navy eine von BAE Systems entworfene kompakte Railgun für die Schiffslagerung, die ein 3,2 kg (7 Pfund) schweres Projektil auf Hyperschallgeschwindigkeiten von ungefähr 3.390 m/s (7.600 mph; 12.200 km/h; 11.100 ft) beschleunigte /s), oder etwa Mach 10, mit 18,4 MJ kinetischer Energie. Es war das erste Mal in der Geschichte, dass ein solches Leistungsniveau erreicht wurde. Sie gaben dem Projekt das Motto „Velocitas Eradico“, lateinisch für „Ich, [wer bin] beschleunigen, ausrotten“ – oder im Volksmund „Speed ​​Kills“. Eine frühere Railgun des gleichen Designs (32 Megajoule) befindet sich im Dundrennan Weapons Testing Center im Vereinigten Königreich. (ebd.)

Wir schicken also ein 3,2 kg schweres Objekt in die Luft. Lassen Sie uns das verkleinern (ich vereinfache die Dinge damit wirklich , aber es wird den Punkt machen). Je nach Waffe liegt die Masse eines Geschosses in der Regel zwischen 0,02 Kilogramm und 0,04 Kilogramm. Nehmen wir einen Durchschnitt von 0,03 kg und das ergibt eine lineare Skala von 107:1.

50 Megajoule / 107 = 467 Kilojoule, was immer noch tausendmal mehr ist als die 500 Joule, die deine Kreaturen produzieren können.

Daher muss ich Ihnen leider mitteilen, dass es keine Hoffnung gibt, dass Ihre Spezies mit ihren derzeitigen Fähigkeiten elektromagnetische Antriebe jeglicher Art entwickeln würde. Ich fürchte, 500 Joule würden keine elektromagnetische Popgun schaffen.

Nachdem ich das gesagt habe ...

Tausend Ihrer Kreaturen dazu zu bringen, sich sprichwörtlich an den Händen zu halten, um ein einziges Projektil abzufeuern, erscheint mir unpraktisch ... aber wenn Sie ihre energieerzeugenden Fähigkeiten auf 50.000 Joule skalieren würden, so dass nur zehn benötigt würden. Dort konnte ich meinen Unglauben aussetzen, um die Geschichte zu genießen. Denken Sie daran, dass Sie nur ein Projektil in der Größe einer Gewehrkugel abfeuern (also immer noch etwas unpraktisch), aber die Teamleistung fügt der Geschichte jetzt eine coole Dynamik hinzu.

Errata:

Danke an @RedMoon für den Hinweis auf weitere Analysen. Am Ende (Sie können sich die Kommentarkette ansehen) soll ein "durchschnittliches" Jagdgewehr 1.800 Joule Energie auf das Ziel treiben. Je näher Sie dem Ziel sind, desto näher sind Sie der Mündungsenergie, sodass 1.800 der niedrigste Wert ist. Aber wenn wir das als besten Fall (niedrigster notwendiger Wert) verwenden, liegen wir immer noch 3X+ über dem, was die Kreaturen erzeugen können.

Die massive Diskrepanz zwischen der angenäherten Mündungsenergie eines Jagdgewehrs und einer skalierten Version der Marine-Schienenkanone (Skalierung von 3.200 m/s auf 1.200 m/s) lässt uns mit einer Schienenkanone zurück, die 150 kJ im Vergleich zu 1,8-18 kJ benötigt . Das deutet darauf hin, dass Railguns ein bisschen ineffizient sind, was nach meinem Verständnis für Elektrotechnik tatsächlich Sinn macht. Was sie wertvoll macht, ist, dass ein Kernreaktor die notwendige Energie bei einer viel, viel geringeren Brennstoffdichte erzeugen kann als derselbe Schaden, den chemische Waffen anrichten.

Aber, gute Nachrichten! Jetzt haben wir nur noch 3-4 der Kreaturen, die sich aneinanderreihen, damit die Waffe funktioniert. Das ist Kochen mit Gas in meinem Buch!

Diese Antwort ist großartig, aber ich glaube nicht, dass das einfache Verkleinern moderner Railguns ein guter Vergleich ist. Moderne Railguns müssen eine viel höhere Mündungsgeschwindigkeit als herkömmliche Kanonen haben, damit sie als neue Technologie nützlich sein können, die die Grenzen chemischer Treibmittel durchbricht. Dies ist in der Frage nicht der Fall, da die EM-Kanonen nur mit Bögen und Luntenschlössern konkurrieren sollen, nicht mit modernen Kanonen. Die Mündungsgeschwindigkeit kann auf etwas Erreichbares, vielleicht sogar Unterschall, herunterskaliert werden, wenn dies zur Bereitstellung von Kampfeffektivität beiträgt.
@RedMoon Sie haben einen Punkt, und es ist ein guter. Trotzdem bin ich zuversichtlich, dass Sie eine Reduzierung nicht genug rationalisieren können. Ihre durchschnittliche Gewehrmündungsgeschwindigkeit beträgt 1.200 m/s. Anhand der Daten in meinem Beitrag bedeutet das, dass Sie die Joule nur um drei auf 156 kJ reduzieren können. Wenn man das halbiert (75 kJ, und meiner Meinung nach nicht genug für einen tödlichen Schuss gegen Großwild), ist das immer noch 150-mal mehr Kraft, als die Kreaturen erzeugen können. Ihre Fähigkeit liegt weit über einem Taser (0,36 Joule), also können sie wahrscheinlich mit einer Berührung töten ... aber eine Railgun jeder Größe? Ich kann es nicht sehen.
@RedMoon Halte diesen Gedanken fest. Wenn ich ein bisschen mehr rechnen muss, gibt es eine Menge Ineffizienz bei Railguns (zum Nachteil der Kreaturen). Es wird angenommen, dass ein durchschnittliches Jagdgewehr etwa 1800 Joule auf das Ziel abgibt, wobei die Mündungsenergie je nach Entfernung größer ist. Lassen Sie uns unverschämt sein und sagen, es ist 10X. Das sind 18 kJ im Vergleich zu den 75 kJ, die ich auf Sie geworfen habe (offensichtlich weit über einem tödlichen Schuss). Aber selbst 1800 Joule am Ziel sind das Dreifache dessen, was die Kreaturen erzeugen können.
Der Punkt ist, dass sie nicht so viel Energie brauchen, um wirksame Waffen zu sein. Mandschu-Bögen waren in der Lage, schwere Pfeile abzufeuern, die eine beträchtliche Menge an Rüstung durchdringen können. Sie hatten nur eine Mündungsenergie von 100 ~ 150 J. Frühe Schusswaffen hatten eine Mündungsenergie von > 1 kJ (deshalb können sie Plattenpanzer leicht durchdringen), aber sie hatten ihre eigenen Probleme. Ein Wirkungsgrad von 10% (und unter Verwendung der überarbeiteten Obergrenze, siehe Fragenbeschreibung) reicht aus, um 150 J Mündungsenergie zu liefern - klingt nicht so schlecht?
Ihre Idee, mehrere Kreaturen miteinander zu verketten, könnte eine noch größere Mündungsenergie liefern, wodurch es möglich wird, eine Art von Besatzung bedienter EM-Kanonen mit vergleichbarer Mündungsenergie mit Schusswaffen anzutreiben. Vor der Erfindung des rauchlosen Pulvers konnte eine (hoffentlich) genaue, ausreichend starke, rauchlose Waffe eine Rolle spielen (z. B. als Scharfschütze), selbst nachdem Musketen frühere Einzeldienstwaffen verdrängt haben.
@RedMoon Sie haben eine unvollständige Bewertung vorgenommen. Etwa die Hälfte der Energie des Bogenspannens geht in den Pfeil über . Das bedeutet, dass Ihr 125-J-Pfeil einen 250-J-Zug erfordert – und dieser Zug ist erforderlich. Beachten Sie auch, dass Sie uns nicht gebeten haben, eine effektive Waffe zu finden – Sie haben uns gefragt, ob Ihre Kreaturen Schienenkanonen entwickeln könnten. Der Vergleich mit Bögen ist irrelevant.