Wie unauffällig kann ein Hochgeschwindigkeitsprojektil für den Weltraumkampf sein?

Hochleistungsprojektilwaffen, die ihre Runden oft mit nahezu Lichtgeschwindigkeit abfeuern, sind ein Grundnahrungsmittel der Science-Fiction. Unter bestimmten Annahmen sind diese Waffen gültig, ich interessiere mich nicht für die Wissenschaft (oder das Fehlen) darüber, wie man eine solche Waffe baut, aber ich habe mich eine Weile über einen bestimmten Aspekt einer solchen Waffe gewundert, die Erkennung. Diese ausgezeichnete Antwortweist darauf hin, dass jedes Projektil, das sich annähernd mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, durch seine kontinuierlichen Aufpralle auf die Atome und den Staub des stellaren Mediums sehr schnell zu einer Plasmawolke reduziert wird. Bei niedrigeren relativistischen Geschwindigkeiten sehen Sie den gleichen Effekt nur etwas langsamer. Selbst wenn wir davon ausgehen, dass sich die fraglichen Projektile langsam genug bewegen, um ihre vorgesehene Reise zu machen, werden sie während der Reise zu ihrem Ziel immer noch etwas Masse an molekulare Einschläge abgeben und durch die Energie von molekularen Einschlägen beleuchtet werden. Das leuchtende Plasma, von dem sie umgeben sein werden, wird es relativ einfach machen, sie unterwegs zu entdecken und sich möglicherweise auf irgendeine Weise dagegen zu wehren.

Gibt es ein Material, mit dem ein relativistisches Projektil ummantelt werden könnte, das diesen Effekt minimiert und es solchen Waffen ermöglicht, so lange wie möglich unbemerkt unterwegs zu sein?

Ignorieren Sie bei der Beantwortung dieser Frage die größeren Einschläge mit Staub und Mikrometeoren, die sowohl selten als auch aufgrund ihrer Größe unvermeidlich sehr zerstörerisch sein werden. Konzentrieren Sie sich auf die Auswirkungen des Sonnenwinds und seine Abschwächung sowie Projektilgeschwindigkeiten von etwa 10 % Lichtgeschwindigkeit.

Wenn Sie nicht schneller als Lichtgeschwindigkeitserkennung postulieren, lautet die Standardantwort von SF, dass Sie eine nahe Lichtgeschwindigkeitsrunde (oder Plasmawolke) erkennen, kurz bevor sie Sie trifft, also keine Zeit haben, etwas dagegen zu unternehmen. Wenn Sie eine heimliche Runde wollen, verwenden Sie eine Rakete, die sich nicht mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegt, und setzen Sie dann Hardware darauf, die es schwieriger macht, sie zu entdecken. Erkennbare Strahlung von einem Geschoss, das sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, ist nicht viel schneller als das Geschoss (in der Richtung, in der es sich bewegt), sodass Sie es vor dem Aufprall nur sehen können, wenn es auf sehr große Entfernungen abgefeuert wird.
Es ist sehr wichtig, wie weit der Angreifer vom Ziel entfernt ist. Das kann bedeuten, dass keine Änderung erforderlich ist oder etwas Besonderes.
@MarkRipley Ein Projektil mit 0,1 ° C bewegt sich schnell genug, damit Einschläge eine signifikante nachweisbare Strahlung erzeugen, und langsam genug, damit die Erkennung Ihnen etwas Gutes tut, wenn Sie auf der Empfängerseite sind, und das war die angegebene Geschwindigkeit.
@Trioxidane Das ist eine Frage, gegen die ich mir schon sehr lange ohne sinnvolle Antwort den Kopf zerbreche . Ich weiß, dass die Computer für die spezielle Einstellung, an der ich gerade arbeite, gut genug starten, um eine ballistische Runde über ein Sonnensystem abzufeuern und ein Objekt ähnlicher Größe in 75% der Fälle ebenfalls auf einer ballistischen Flugbahn zu treffen, und sie werden besser von dort, aber eine Patrone wird diese Reise nicht mit ausreichend hoher Geschwindigkeit überleben, um im Kampf von Schiff zu Schiff eingesetzt zu werden, noch wird ein anderes Schiff ballistisch bleiben, während es beschossen wird.
@Trioxidane Für die Zwecke dieser Frage ist die endgültige Reichweite des Schusses nicht so wichtig. Ich mache mir Gedanken darüber, woraus Sie eine Schnecke machen oder einstreichen könnten, um die Erkennung zu erschweren.

Antworten (4)

Es gibt zwei Arten von Partikeln, auf die Sie treffen werden: geladene und neutrale.

Wenn Sie die Kugel mit einem Magnetfeld versorgen, werden die geladenen Teilchen abgelenkt und Sie müssen nur noch auf die neutralen Teilchen treffen.

Dies führt zu einem geringeren Fingerabdruck und einer schwierigeren Erkennung.

Und Sonnenwinde sind so ziemlich alle geladenen Teilchen, es wird eine Bugwelle geben, aber sie ist zu nahe am Projektil für ein aussagekräftiges Erkennungsfenster.

Installieren Sie einen leistungsstarken Kühlschrank im Projektil. Kalte Kältemittelschlangen bedecken die vordere Oberfläche. Die Wärme von Molekülkollisionen wird von vorne nach hinten gepumpt und dort abgestrahlt. Wenn die Wärmeerzeugungsrate durch Kollisionen mit der Rate übereinstimmt, mit der Wärme abgestrahlt wird, erreicht das Projektil keine übermäßigen Temperaturen. Der Heizkörper sollte die Wärme von allen Personen wegleiten, die sie sehen könnten.

Statten Sie das Projektil alternativ oder zusätzlich mit einem extrem starken Magnetfeld aus, das ausreicht, um ankommende geladene Teilchen zu den Seiten umzulenken. So etwas wie ein Bussard-Staustrahl , außer dass Sie die Partikel wegdrücken möchten, anstatt sie in die Mitte zu leiten.

All diese Ausrüstung würde die erforderliche Masse des Projektils erhöhen, aber es ist am besten, wenn das Projektil einen kleinen Querschnitt hat, um die Kollisionen zu reduzieren. Das Projektil wäre also als langer und dünner Stab geformt.

Install a powerful refrigerator in the projectile. Der Bau eines Kühlschranks mit Stromquelle und allem, was benötigt wird, der eine enorme Beschleunigung übersteht, die ein auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigtes Projektil erfährt, wäre eine ziemliche Errungenschaft.
@Bartors Es wurde nicht angegeben, wie viel Zeit das Projektil zum Beschleunigen hat. Geräteschäden durch Beschleunigung sind kein Problem, wenn sie über Wochen bis Jahre höchstens ein paar G beschleunigen. Wenn Sie dachten, es würde im Lauf einer relativ kurzen Waffe auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigen, müssten Sie Magie herbeirufen. Kein fester Gegenstand konnte diese Beschleunigungen überleben, und der Rückstoß würde alles, worauf die Waffe montiert war, sowie die Waffe selbst auseinanderreißen.
Wir werden es angeben, dass das Projektil im "Weltraumkampf" eingesetzt wird. Und obwohl es technisch gesehen einen Kampf zwischen Sonnensystem und Galaxie oder zwischen Galaxien und Galaxien bedeuten könnte, war mein Verständnis von einer "dynamischeren" Kampfumgebung. Ich stimme zu, dass das Beschleunigen auf relativistische Geschwindigkeit "kurzer Lauf" mit dem heutigen Material unmöglich ist, aber ich habe einige Stellen über ein Railgun-Projektil gelesen, das 60 kG überlebt hat, weit über das hinaus, was ein komplexeres Objekt als ein massiver Metallblock überleben könnte (ich erinnere mich ein Papier, in dem angegeben wurde, dass ein Hi-Tech-Panzerprojektil ~ 50 G überlebt hat)
@Bartors 60.000 Gs durch eine 1 km lange Waffe würden Sie nur auf 0,01% der Lichtgeschwindigkeit bringen. Wenn Sie bei dieser Beschleunigung auf 0,9 °C kommen wollen, muss Ihre Waffe 60 Millionen km lang sein. Nun, vielleicht ist Ihre Waffe nur 1 km lang und beschleunigt stattdessen mit 600.000.000.000 Gs; Dies würde Sie auf 0,9 ° C bringen, aber kein Material könnte dies überleben. Vielleicht beschleunigt Ihre Waffe so, dass das Projektil nichts wie Schwerkraft spürt. Dann könnten Sie problemlos einen Kühlschrank versenden.
Eine weitere interessante Tatsache: Beim Abstrahlen der Wärme nach hinten wird ein winziges Maß an Beschleunigung gewonnen.
@causative Ich sage nicht, dass Sie keinen Punkt haben, weil Sie dies tun, aber ich habe 0,1 ° C angegeben, was immer noch obszön ist, aber nicht ganz so viel wie 0,9 ° C.
@causative Die Kühlidee ist niedlich, aber die Folgen eines Lecks wären für die Genauigkeit katastrophal. Das Magnetfeld ist besser.
@causative:> 60.000 Gs durch eine 1 km lange Waffe würden Sie nur auf 0,01% der Lichtgeschwindigkeit bringen. Das war mein Punkt, ein gehärtetes Stück militärischer Ausrüstung kann 60 kG kaum überleben, ein Kühlschrank würde viel weniger überleben.

Zusätzlich zu den bereits bestehenden Vorschlägen der magnetischen Ablenkung und/oder Kühlung kann ein viel einfacheres Kühlschema verwendet werden.

Kühlmittel (z. B. flüssiges Helium, Stickstoff oder jedes andere gute Verdunstungskühlmittel, je nach Anforderung an die Oberflächentemperatur) können zur "Vorderseite" des Projektils geleitet werden, Wärme absorbieren und aus dem Projektil ausgestoßen werden. Bei geeigneter Konstruktion erfordert dieses Kühlsystem sehr wenig bewegliche Teile und komplexe, teure Maschinen.

Der Nachteil ist natürlich, dass das Projektil während des Flugs leichter wird, was bei relativistischen Projektilen keine gute Idee ist, aber mit billigeren Projektilen kann man immer mehr schießen, um den Verlust an kinetischer Energie auszugleichen.

Verdunstungskühlung funktioniert, weil eine Substanz ihrer Umgebung Energie stiehlt, da sie bei einem bestimmten Schwellenwert verdampft. Wenn sie also den Schwellenwert aufgrund eines zufälligen Energieaustauschs (Wärmebewegung) im System erreicht, entweicht sie aus dem System mehr durchschnittliche Energie als der Rest des Systems. Das Problem ist, dass es Umgebungsluft benötigt, im Vakuum verdunstet es einfach sofort. Ein weiteres Problem ist, dass es, da es auf der Vorderseite ist, als erstes erwärmt wird. Daher ist es sinnvoll, stattdessen ein Material zu haben, das beim Aufwärmen einfach bricht und zurückbleibt ...
Und schließlich scheint die Menge an Energie, die durch Verdunstungskühlung abgeführt werden könnte, viel zu gering im Vergleich zu dem, was Nepene Nep berechnet hat.
@MarkusvonBroady Ich meinte ein System, das die Wärme in das Kühlmittel abgibt, wie Wärmerohre, die in die Vorderseite des Projektils eingebettet sind. Das Wort "Verdunstung" wird verwendet, weil die Phasenänderung beim Absorbieren von Wärme sehr effektiv ist und die niedrige Oberflächentemperatur, die erforderlich ist, um der Erfassung der Wärmesignatur zu entgehen, dem Kühlmittel wenig Raum lässt, um Wärme durch Erhöhen der Temperatur zu absorbieren. Ich denke, was Sie erwähnt haben, ist näher an ablativem Material, das nach dem gleichen Prinzip des Phasenwechsels arbeitet.
Was die Berechnung betrifft, werde ich versuchen, es selbst zu tun, um zu sehen, ob es wirklich realisierbar ist. In der Zwischenzeit könnte der Wasserstoffdampfer von Toughsf als Referenz wert sein, der dieselbe Idee hat (wenn auch in einem anderen Maßstab).
Jedes Gramm flüssigen Wasserstoffs, der bei 5 K gespeichert wird, kann direkt nach der Verdampfung etwa 270 J aus dem System herausholen, was laut Nepene Nep 6 Sekunden Kühlung bieten kann. (Bei dieser Rate könnten wir genauso gut die Sonnenstrahlung in Betracht ziehen, aber das geht über den Rahmen dieser Diskussion hinaus). Damit ein Projektil eine Entfernung von 1 AE überwindet, werden 4990 Sekunden benötigt. Dies entspricht 832 g flüssigem Wasserstoff. Diese Zahl an sich ist nicht schlecht, aber angesichts der grauenvollen Dichte von flüssigem Wasserstoff wird ein besseres Kühlmittel benötigt. Stickstoff ist ein guter Kandidat, aber sein Siedepunkt kann für eine effektive Tarnung zu hoch sein.
Nochmals, warum müssen Sie "kühlen", "Wärme abgeben" usw. Alles, was Sie brauchen, ist ein Material auf der Vorderseite, das sich erwärmt und dann abfällt. Tatsächlich ist die Menge an "Kühlung", die Sie erreichen können, nur die Wärmekapazität des Materials auf der Vorderseite.
denn meiner Meinung nach ist ein Material, das widerstandsfähig genug ist und bei der richtigen Temperatur abbricht (damit Schwarzkörperstrahlung seine Anwesenheit nicht dem gesamten Sonnensystem signalisiert), etwas schwieriger zu konstruieren als Heatpipes, die in verbundene Graphitpanzer eingebettet sind zu einem Flüssigstickstofftank
Hmmm ... Ich denke, nehmen Sie ein optimales Verhältnis von hohem Schmelzpunkt, niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Wärmekapazität, bringen Sie es in eine Kegelform, die Technik läuft wirklich auf solche Schichten des Kegels hinaus, damit die Kegelform erhalten bleibt da das Material schmilzt und immer wieder abrutscht. Ich empfinde es als viel einfacher im Design, als im Grunde einen Kühlschrank in einer Kugel zu bauen. Nicht nur das, aber ich verstehe nicht, wie in der Leere des Weltraums die Übertragung von Wärme von vorne nach hinten und die Verwendung von Gas zur Freisetzung dieser Wärme mehr Energie freisetzen könnte, als die Wärmeübertragung zu vermeiden und einfach erhitztes Material freizusetzen. 🤔
"hoher Schmelzpunkt" Dies vereitelt sofort das Ziel der Tarnung. Damit ein Material bei hoher Temperatur schmilzt und sich ablöst, muss es diese Temperatur zuerst erreichen . Und bevor Sie eine Temperatur von sagen wir 1000 K erreichen, kann Sie das Infrarotteleskop auf der gegenüberliegenden Seite des Sonnensystems sehen. Das setzt voraus, dass das Material zunächst abrutscht. Im Weltraum gibt es keine Luft, um das Material wegzublasen, und die Kraft, die durch das Aufprallen des stellaren Mediums ausgeübt wird, ist praktisch nicht vorhanden (in der Größenordnung von 10^-20 N pro Sekunde). Alles, was schmilzt, bleibt dort.
Ich sagte "optimales Verhältnis". Ihr Gas ist auch heiß, wenn Sie es ausstoßen, richtig? Andernfalls kühlt es das Objekt weniger. Was ist die Logik, die ich hier vermisse, warum ist es besser, einen Teil der Energie zu behalten, während sie auf das Gas übertragen wird, anstatt die Energie vollständig auszustoßen? Was das Abrutschen betrifft, fair, vielleicht brauchen Sie etwas, das verdunstet ...
Heiß im Sinne von zehn oder höchstens <200K. Ja, das ist sehr ineffizient, aber Stealth im Weltraum muss ineffizient sein, wenn es Stealth ist. "Warum ist es besser, einen Teil der Energie zu behalten, während sie auf das Gas übertragen wird, anstatt die Energie vollständig abzugeben?" Was? Unabhängig davon, welche Kühlmittel- oder Austrittstemperatur Sie verwenden, ist die gesamte austretende Wärmeenergie gleich. Das Problem ist, dass die Verwendung von Hochtemperaturkühlmitteln zwar sehr effizient ist, sie aber auch Infrarotstrahlung ausstrahlen, die im Weltraum unglaublich leicht zu erkennen ist. Es ist daher wichtig, die Oberflächentemperatur niedrig zu halten, um eine Erkennung zu vermeiden.
Sie können nicht einfach die gesamte Wärme von vorne nehmen und sie zu einigen Atomen nach hinten bewegen und diese ausstoßen. Etwas Wärme wird intern an die gesamte Kugel abgegeben. Natürlich können Sie die Kühlprinzipien verwenden, um die gesamte Temperatur niedrig zu halten, aber es wird immer schwieriger, wenn Sie die Temperatur senken möchten. In der Zwischenzeit können Sie eine Kugel mit einer Temperatur von fast 0 K und einem Schild aus gefrorenem Gas senden, das, sobald es auf eine Temperatur erhitzt wird, die wahrscheinlich noch unter der Betriebstemperatur von Kühlschrankkugeln liegt, lokal verdampft und die heißesten (und damit strahlenden) Element aus der Kugel.

Sie können nicht getarnt werden.

Jede Kollision mit einem Proton erzeugt (1,6726219*10^-27 Kilogramm) 30000000^2= 1,5 10^-12 Joule Energie. Nehmen Sie ein Projektil mit einer Fläche von 100 cm und 3 Projektilen pro Kubikzentimeter an. Alle dreißig Millionen Meter Bewegung erwärmen sie sich jede Sekunde um 45 Joule.

20 Watt reichen aus, um Voyager 1 aus 18 Milliarden Kilometern Entfernung zu orten. Es würde ausreichen, Ihr Projektil zu erkennen, insbesondere mit futuristischer Weltraumtechnologie.

Wie unauffällig kann ein Hochgeschwindigkeitsprojektil für den Weltraumkampf sein?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v