Nuklearkanone: Brauchbare Alternative zu Coil / Railguns?

In einer meiner vorherigen Fragen fragte ich nach der Realisierbarkeit einer Coilgun für den Einsatz auf einem Science-Fiction-Kriegsschiff, das in der Lage wäre, ein 1000-kg-Projektil auf eine Geschwindigkeit von 30 km/s oder mehr zu beschleunigen, mit einer Lauflänge von nicht mehr als 100 Meter. Die Antworten, die ich erhielt, deuteten darauf hin, dass die Antwort „möglicherweise, aber es ist direkt am Rande des physikalisch Möglichen“ lautete und dass der tatsächliche Bau einer solchen Waffe über das hinausgehen könnte, was praktisch erreicht werden könnte. In einem anderen Thread auf dieser Seite habe ich jedoch gesehen, wie jemand die Operation Plumbbob erwähnte, einen Atomtest, bei dem eine Bombe in einem abgedichteten Schacht platziert wurde und ihre Detonation die Stahlplatte, die den Schacht abdichtet, mit einer Geschwindigkeit von über 60 km/s wegsprengte. Das brachte die Räder in meinem Kopf zum Drehen.

In einer Diskussion, die ich mit Starfish Prime hatte, empfahl er mir, Antimaterie-katalysierte Fusion für meine Science-Fiction-Raumschiffdesigns zu verwenden, da man eine winzige Menge Antimaterie benötigt, um die Fusion in einem von Blei umgebenen Pellet aus Deuterium und Helium-3 zu induzieren . Sie ermöglicht es Ihnen, äußerst effizient kleine Fusionsexplosionen zu erzeugen, die zum Antrieb Ihres Raumschiffs verwendet werden können ... aber wie wäre es, wenn Sie diese Technologie als Ersatz für Schießpulver in einer großen Kriegsschiffkanone verwenden? Kann ich damit meine 100 Meter lange Kanone dazu bringen, ein 1000-kg-Projektil mit 30 km/s oder mehr auszustoßen? Oder wäre eine solche Waffe dazu verdammt, sich selbst in die Luft zu sprengen?

BEARBEITEN: Zur Verdeutlichung lautet meine genaue Frage: Angenommen, ich habe die Fähigkeit, diese Technologie zu verwenden, um eine skalierbare Fusionsexplosion in der Größenordnung von beispielsweise 100-1000 Tonnen TNT zu erzeugen, kann ich eine Kanone bauen, die enthalten kann und diese Explosion lenken, um die gewünschten Leistungsdaten zu erhalten, ohne die Kanone und/oder das Schiff zu zerstören? Die Kanone ist nicht nur auf herkömmliche Designs beschränkt, sie könnte magnetische Eindämmung oder andere bekannte Techniken verwenden, wenn sie helfen, aber es muss erkennbar eine Kanone sein ; wie bei einer festen oder montierten Waffe, die an einem größeren Schiff angebracht ist.

Antworten (3)

Es wird überhaupt keine Kanone sein, sondern ein Sprengkopf.

Diese Art von Gerät wurde tatsächlich bereits in den 1980er Jahren im Rahmen der Strategic Defense Initiative untersucht und war Teil einer umfassenderen Untersuchung, um die Kraft von Nukleargeräten zu nutzen, um Waffeneffekte zu erzielen, sogenannte „Nuklearwaffen der dritten Generation“.

Die Grundlage all dieser Geräte besteht darin, das nukleare "Physikpaket" in einem Strahlungsgehäuse mit einer Öffnung einzuschließen, sodass in den Mikrosekunden vor der Zerstörung des Gehäuses die Energie des Geräts vorzugsweise durch das Loch freigesetzt wird. Dies kann dann verwendet werden, um andere Materialien mit Energie zu versorgen und Plasmen, geformte Ladungen oder explosiv geschmiedete Projektile und sogar "Schrotflinten" zu erzeugen. Die Leistung dieser Geräte wurde als erstaunlich berechnet, die "Schrotflinte" konnte Pellets mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 km / s abfeuern (bei dieser Geschwindigkeit hätte selbst ein grammgroßes Pellet die kinetische Energie, die einer Dynamitstange entspricht), während die andere Vorschläge würden Projektile haben, die sich mit kleinen Bruchteilen der Lichtgeschwindigkeit bewegen.

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Orion-Impulseinheit. Dies ist die Grundlage aller Waffen der dritten Generation

Es gibt jedoch kein kostenloses Mittagessen. Während bis zu 85 % der Energie des Geräts eingefangen und zum Steuern von Waffeneffekten verwendet werden können, führt der Versuch, den Energiekegel zu „verengen“, um die Reichweite zu erhöhen, zu einem Abfall der Energiemenge, die an das Ziel abgegeben wird. Es gibt Diskussionen in vielen der folgenden Links, aber die allgemeine Schlussfolgerung ist, dass der beste Weg, diese Art von Gerät zu verwenden, darin besteht, ein explosiv geschmiedetes Projektil anzutreiben, das die Vorteile hat, einen großen Teil der Energie einzufangen und eine große Reichweite zu haben ( weil es einfach eine große, einheitliche "Kanonenkugel" ist und nicht eine Wolke aus Pellets oder ein Strom aus flüssigem Metall, der sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten entlang des Stroms bewegt). Eine Spindel aus heißem Sternenplasma wird einem Laser energetisch ähnlich sein, zumindest bis sich das Plasma auflöst

https://atomic-skies.blogspot.com/2015/03/third-generation-nuclear-weapons.html

https://toughsf.blogspot.com/2016/06/the-nuclear-spear-casaba-howitzer.html

https://toughsf.blogspot.com/2017/05/nuclear-efp-and-heat.html

Da der Treiber eine nukleare Explosion ist, wird der Strahlungsfall durch die Aktivierung des Geräts verbraucht. Das bedeutet, dass Sie keine "Kanone" haben, sondern den Sprengkopf, der von einem Massentreiber abgefeuert oder auf einem Raketenbus montiert werden kann. Geräte der vierten Generation können aufgrund des Fehlens eines Spaltauslösers kleiner sein, haben aber bei Aktivierung immer noch eine massive Energiefreisetzung. Wenn Sie die Menge an Kernbrennstoff reduzieren, um die Explosion zu minimieren, wird auch die freigesetzte Gesamtenergiemenge geringer sein. Denken Sie daran, dass Sie nur 85 % der Energie ernten können, sodass eine nukleare „Handgranate“ weitaus weniger Wirkung haben wird als ein Gerät, dessen Leistung in Kilotonnen oder Megatonnen gemessen wird. Angesichts der großen Reichweiten und der Möglichkeit, aufgrund eines geringfügigen Zielfehlers oder einer kleinen Bewegung des Zielschiffs in 300.000 km Entfernung zu verfehlen,c sind die Art von Waffen, die Sie benötigen.

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Dies ist das eigentliche Geschäftsziel eines Weltraumkriegsschiffs

Obwohl dies nützliche Informationen sind, beantwortet es meine Frage nicht ganz. Diese Atomwaffen der dritten Generation sind vollwertige Atomsprengköpfe, die nur so konfiguriert sind, dass sie den größten Teil ihrer Nutzlast in eine bestimmte Richtung transportieren. Woran ich dachte, war eher die Verwendung einer "winzigen" Kernreaktion (in der Größenordnung von einigen hundert Tonnen TNT im Gegensatz zu Zehntausenden) anstelle von Schießpulver als Treiber hinter einer konventionelleren Kanone. Es ist vielleicht nicht die praktischste Lösung , aber es ist das, wonach ich gefragt habe. Ich werde meinen ursprünglichen Beitrag bearbeiten, um dies zu verdeutlichen.
Wenn Sie das Ende des Beitrags noch einmal lesen, weise ich darauf hin, dass es Skalierungseffekte gibt. Es ist zwar möglich, eine Explosion in der Größe einer Handgranate oder einer "kleinen konventionellen Bombe" zu erzeugen, aber Sie werden keine Projektilleistung in Hunderten von Metern pro Sekunde oder mehr messen. Tatsächlich verhält es sich wie ein Hochleistungsartilleriegeschütz mit Projektilgeschwindigkeiten, die in Hunderten von Metern pro Sekunde gemessen werden, nicht in Kilometern pro Sekunde.
Ah, okay. Wenn Sie also 85 % der Energie einfangen können, ist das für mein Szenario ein gutes Zeichen. Selbst wenn ich nur 50% der Energie einfangen kann, würde das Projektil, an das ich denke (1000 kg, 30 km/s), "nur" eine Explosion erfordern, die 200 Tonnen TNT entspricht, da bei 30 km/s Ein Projektil hat eine kinetische Energie, die etwa dem 100-fachen seiner Masse in TNT entspricht.
Ich muss eine gute alte Casaba-Haubitze lieben.
Denken Sie daran, dass, wenn Sie dies als "Kanone" bauen, der Bruchmechanismus und der Lauf robust genug sein müssen, um eine 200-Tonnen-Explosion einzudämmen. Dies wird eine äußerst massive Waffe sein, insbesondere im Vergleich zu einem Sprengkopf der 4. Generation, der von einem gegnerischen Schiff auf Sie zugeschickt wird.

Ich denke, ich sage so ziemlich dasselbe wie Thukydides, außer in Laiensprache. Das Problem bei der Verwendung einer Nuke wäre Rückstoß und Fouling. Blowback ist die Menge an Energie, die zurück auf die, ich denke, man könnte Nuklearkanone sagen, freigesetzt wird. Das wäre eine sehr schlechte Sache in Zero-G. Es würde als Treibmittel gegen das Schiff wirken. Und die Verschmutzung könnte möglicherweise sehr unangenehm sein; Beschichten des Schiffes, das die Waffe im Fallout abfeuert.

Haben Sie vielleicht die Verwendung einer elektromagnetischen Railgun untersucht? Der Rückstoß ist anscheinend sehr gering und kann dennoch die Geschwindigkeit eines großen Vollmetallprojektils auf unglaubliche Geschwindigkeiten beschleunigen.

Ich glaube nicht, dass Rückstoß / Rückstoß ein so großes Problem darstellen würde, zumindest für ein großes Schiff. Bei einem Schiff mit einer Masse von 100.000 Tonnen würde der Rückstoß pro Schuss etwa 0,3 Meter pro Sekunde betragen. Strahlung könnte ein Problem sein, aber ich vermute, dass es weniger radioaktive Materialien sein werden, die das Schiff beschichten, und mehr direkte Strahlung von der Explosion selbst, also muss das Schiff abgeschirmt werden. Was die Railgun betrifft, so führte dies tatsächlich zu diesem Gedankengang, da eine frühere Frage von mir ergab, dass elektromagnetische Waffen wahrscheinlich nicht ganz die Leistung bringen können, die ich suche.
Übrigens, der geringe Rückstoß einer Railgun kommt von der Tatsache, dass die Impulsgleichung und die kinetische Energiegleichung zwei verschiedene Dinge sind - eine Tatsache, die ich erst vor relativ kurzer Zeit herausgefunden habe. Feuern Sie ein Projektil von Ihrem Schiff ab, und es hat einen Impuls gleich Geschwindigkeit mal Masse, und Ihr Schiff erhält den gleichen Impuls in die entgegengesetzte Richtung. Die kinetische Energie basiert jedoch auf dem QUADRAT der Geschwindigkeit und wird nicht gleichmäßig auf beide Seiten verteilt. Halbiert man die Masse und verdoppelt die Geschwindigkeit eines Geschosses, so landet es mit gleichem Rückstoß, aber doppelt so viel Schadenspotenzial.
Nun, was ist, anstatt dass das Projektil durch eine externe Sprengkraft verschoben wird, hat das Projektil einen kleinen Antimaterie-katalysierten Fusionsmotor an Bord, der das Projektil nicht nur beschleunigt, sondern auch eine Explosion abgibt, was auch immer mit einem dieser Dinger passiert, wenn es auftrifft. :D
Das wäre eine Rakete oder eine Rakete, wenn sie kein Leitsystem hat. Es hätte das Potenzial, viel mächtiger und genauer zu sein als die Kanone ... aber es wäre auch viel teurer und etwas anfälliger für Punktverteidigung. Bei einer Rakete müssen Sie ein Gehäuse, einen Motor, Sensoren usw. herstellen. Bei dieser Art von Kanone benötigen Sie theoretisch nur einen massiven Stahl- oder Wolframklumpen, ein Brennstoffpellet und eine winzige Menge Antimaterie. und ich gehe davon aus, dass wir zu diesem Zeitpunkt herausgefunden haben, wie man Antimaterie billiger als 62,5 Billionen Dollar pro Gramm herstellen kann.

TL;DR: Nein, tun Sie das nicht.

Längere Antwort:

Ineffizienz wird Sie töten, weil Atomwaffen viel Energie erzeugen und Sie nicht wollen, dass all diese Energie in Ihr Schiff oder Ihre Trägerrakete fließt. Alle Kernreaktionen erzeugen viel Strahlung. Sie versuchen, diese Strahlung zu verwenden, um eine Art Treibmittel (das einfach das Bombengehäuse sein kann) zu erhitzen, das sich dann ausdehnt und ein Projektil aus dem Lauf drückt.

Das Absorbieren aller Röntgenstrahlen, Gammastrahlen oder Neutronen aus der Reaktion wird unpraktisch sein, es sei denn, Sie haben eine kolossale Treibladung. Die gesamte Strahlung, die Sie nicht absorbieren können, erwärmt Ihre Waffe und ihre Umgebung, und Sie leiden unter Neutronenversprödung, Neutronenaktivierung, Photospaltung und Photozerfall sowie sekundärer Bremmstrahlung (oh mein Gott!), mit der Sie sich nicht befassen möchten. Wenn jadie gesamte (oder die meiste) Energie absorbieren, stellen Sie möglicherweise fest, dass die durchschnittliche Wärme Ihres Treibmittels einfach zu niedrig ist und es sich nicht schnell genug und nicht stark genug ausdehnt, um Ihnen die benötigte Mündungsgeschwindigkeit von 30 km/s+ zu geben. Sie stehen dann vor einem unangenehmen Kompromiss: Wenn Sie Strom wollen, müssen Sie es ertragen, gekocht und bestrahlt zu werden. Wer Sicherheit und ein langes Waffenleben will, muss sich mit behäbigen Mündungsgeschwindigkeiten abfinden.

Zweitens ist das effiziente Antreiben eines Geschosses ein heikles Problem . Nicht die gesamte Energie Ihrer Treibmittelreaktion wird in das Projektil fließen. Sie kommen vielleicht besser zurecht als die 30 % unter dem Link (für den Anfang werden Sie wahrscheinlich kein Gewehr verwenden), aber selbst kleine Prozentsätze an Verschwendung sind schlechte Nachrichten. Ihr Projektil benötigt mindestens 450 GJ kinetische Energie. Wenn der Antrieb einen erstaunlichen Wirkungsgrad von 50 % hat, bedeutet das, dass Sie 900 GJ hineingeben müssen (und das ist nützliche Energie im Treibmittel, nach all den oben genannten Verlusten) und die restlichen 450 GJ (108 t TNT-Äquivalent) in den Lauf werfen Erwärmung, Laufverschleiß und austretende heiße Gase, die auf dem schießenden Schiff wie ein Raketentriebwerk wirken.

Diese Mündungsenergie zu bekommen, kann sogar noch schwieriger sein, als Sie denken. The Effects of Nuclear Test Ban Regimes on Third Generation Weapon Innovation spricht der Autor von einer Effizienz von lediglich 5 % bei der Kopplung der Ausgangsenergie der Bombe mit der kinetischen Energie des Projektils. Um 450 GJ im Projektil zu erhalten, benötigen Sie eine Bombenausbeute von 9 TJ (2 kt TNT-Äquivalent). Die gewünschten hohen Mündungsgeschwindigkeiten sind erreichbar (der Chamita-Test, Teil der Operation Grenadier, beschleunigte anscheinend eine 1-kg-Platte auf 70 km / s), aber die Platte intakt zu halten und geradeaus zu fliegen, ist eine ganz andere Sache. Mit Erträgen von über einem Kilotonnenäquivalent scheint die Wärmestrahlung der Explosion auszureichen, um Ihr Projektil zu zerstören, lange bevor es sein Ziel erreicht.

Ungeachtet des überaus optimistischen Beitrags von Matterbeam zu nuklearen EFPs scheint dies einfach keine besonders gute Möglichkeit zu sein, eine Kugel abzufeuern. Erwägen Sie vielleicht, stattdessen Ihre Mikronuklearwaffen zu verwenden, um Mini-Orion-Raketen anzutreiben?

Vielleicht interessiert es Sie zu wissen, dass einer der frühen Designvorschläge für das Projekt Orion eine große Brennkammer beinhaltete, in der die Antriebseinheit gezündet wurde, wobei die resultierenden Produkte aus einer Düse an der Rückseite ausgestoßen wurden. Das Design wurde fallen gelassen, weil es die technischen Schwierigkeiten massiv erhöhte, ohne etwas zu Schub oder I sp hinzuzufügen . Dies deutet darauf hin, dass Ihr Ansatz mit nuklearen Kanonenrohren wahrscheinlich nicht besser ist als ein externes Antriebssystem im Orion-Stil. Irritierenderweise habe ich die Details dieser Sackgasse nicht zur Hand ... Ich glaube, ich bin in The Starflight Handbook darauf gestoßen , und ich habe keine Kopie davon mehr bequem verfügbar. Wenn ich bald einen finde, werde ich dies aktualisieren.

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