Wie, wenn überhaupt, können Weltraumschlachtschiffe den Rückstoß von Geschützen mildern?

Rüste dich aus, Jungs und Mädels: Zeit für Mathe.

Ich habe keine Möglichkeit zu wissen, welche Art von Tonnage Ihr Raumschiff verdrängen wird, aber nehmen wir nur zum Spaß an, Sie haben irgendwie ein Schlachtschiff der Iowa-Klasse in die Umlaufbahn gebracht und befürchten, dass seine Hauptkanonen ein Rückstoßproblem verursachen werden, wenn Sie darauf feuern Feind.

• Das Schiff wiegt ca. 58.000 Tonnen, oder von hier aus ein "Fuckton". Dies entspricht etwa 52.000.000 kg Masse.
• Die primäre Batterie einer Iowa-Klasse sind ihre neun 16"/50 Mark 7-Kanonen. Diese Waffen können eine Vielzahl von Nutzlasten abfeuern, aber ihre stärkste nicht-nukleare Granate ist die Mark 8 Superheavy Shell, die 2700 lb wiegt und eine Mündungsgeschwindigkeit hat von 2500 Fuß/s.
• Jetzt wird der Impuls auf der Grundlage von Masse x Geschwindigkeit berechnet, sodass eine schnelle Multiplikation (nach der Umwandlung in metrische Werte; wir sind schließlich keine Barbaren) eine Impulsänderung von 925.830 Newtonsekunden ergibt (eine Einheit, um die wir uns nicht wirklich kümmern müssen). im Augenblick). Dies war von einem einzigen Schuss. Eine volle Breitseite aller neun Kanonen würde eine Veränderung von 8.332.470 Newtonsekunden bewirken. Das hört sich nach viel an...
• ...Aber nicht im Vergleich zu dem Masse-Fuckton an Bord des Schlachtschiffs. Eine Division der Impulsänderung durch die Schiffsmasse ergibt eine hypothetische Geschwindigkeitsänderung nach der Breitseite, die etwa 0,16 m/s beträgt, was etwa vier Größenordnungen unter den Umlaufgeschwindigkeiten liegt.

Um ein typisches Raumfahrzeug in einer niedrigen Umlaufbahn zu halten, ist eine regelmäßige Positionshaltung erforderlich, um dem atmosphärischen Widerstand entgegenzuwirken. Dies liegt normalerweise in der Größenordnung von einigen mm/s. Unsere volle Breitseite würde eine Positionshaltung von Hunderten von mm/s erfordern, aber basierend auf der Annahme, dass wir es geschafft haben, etwas so Massives wie ein Schlachtschiff in die Umlaufbahn zu bringen, würde ich davon ausgehen, dass einige hundert mm/s gut im Delta-V-Budget von liegen das Schiff.

Natürlich könnten Ihre Schiffe viel kleiner sein und viel energiereichere Projektile abfeuern, und in dieser Hinsicht könnten Sie auf ein Problem stoßen, aber denken Sie daran, dass die Umlaufgeschwindigkeiten Tausende von Metern pro Sekunde betragen und dass ein Schiff die Energie hat, hoch zu feuern energetische Waffen werden wahrscheinlich ebenso energische Triebwerke haben.

Außerdem könnten Sie immer Laser verwenden.

Die einfachste Lösung wäre ein Steuersystem, das die Geschütze mit den Triebwerken verbindet und die Triebwerke zündet, um den Auswirkungen der Geschütze entgegenzuwirken, oder einfach den Schub der Geschütze nutzt, um zusätzliche Manöver für geschicktes Steuern bereitzustellen.

Alternativ können Sie jedes Projektil tatsächlich zu einer selbstfahrenden Rakete machen, die vom feuernden Schiff nur sehr wenig Trägheit erfordert. Dies würde ihnen auch die Möglichkeit geben, ihre Ziele bis zu einem gewissen Grad zu treffen.

Verwenden Sie ein rückstoßfreies Gewehr , so wie wir es auf der Erde tun . Ein aktuelles Beispiel ist das Panzerabwehrgewehr Carl Gustav .

Die Grundidee ist, dass das gleiche Treibmittel, das Ihr Projektil abfeuert, auch einen Strom heißer Gase mit gleichem Impuls nach hinten abfeuert. Die beiden heben sich auf, und es gibt keinen Rückstoß. Dies funktioniert, weil Impuls vorhanden ist mass x velocityund sich das Gas mit relativ geringer Masse im Vergleich zum Projektil mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegt.

Der Nachteil ist, dass dies den Druck begrenzt, der in der Waffe aufgebaut werden kann, was die Geschwindigkeit des Projektils begrenzt. Aus diesem Grund verwenden rückstoßfreie Gewehre keine Penetratoren mit kinetischer Energie (wie ein Pfeil), sondern verwenden stattdessen Sprengstoffe oder einen explosiv geformten Penetrator (dh eine HEAT - Patrone).

Um diesen Nachteil zu umgehen, könnte ein Raumschlachtschiff einen viel komplizierteren Mechanismus haben als der, der von einer Person oder einem Panzer getragen werden kann. Sie könnten stattdessen eine herkömmliche Pistole mit einer anderen verbundenen Pistole verwenden, die gleichzeitig heißes Gas in die entgegengesetzte Richtung abfeuert. An einem bestimmten Punkt ist dies nur ein weiterer Motor.

Verschwende nicht, will nicht.

Im Krieg geht es nicht immer darum, die perfekten Waffen oder die perfekte Rüstung zu haben. Im Krieg geht es darum, das, was man hat, so effizient wie möglich zu nutzen.

Wenn die Kanonen Ihren Schiffen ein nicht triviales Delta-V verleihen, wird der Kapitän, der dieses Delta-V in seiner Strategie verwendet, um ihn dorthin zu treiben, wo er hin will, noch so flinker sein als der Kapitän, der wertvolle Masse verschwendet. Energie, um dem entgegenzuwirken. Ich würde erwarten, dass sich die Weltraumkampfphilosophie zu Gefechten entwickelt, die den Rückstoß der Waffe als Teil ihrer Flugbahngestaltung annehmen. Es könnte sogar eine subtile Kunst sein, sich so zu positionieren, dass sie, wenn sie schießen, in eine schwache Position geraten und geschlachtet werden müssen,

Angenommen, Ihre Waffen haben tatsächlich einen Rückstoß und Sie verwenden nicht nur eine große rückstoßfreie Kanone:

Trägheitsdämpfung

Eine Reihe von Weltraumspielen verwenden eine Technologie, die sie "Trägheitsdämpfer" nennen. Im Wesentlichen sind dies Sensoren, die mit der Motorsteuerung verbunden sind. Wenn das Gas nicht gehalten wird, verlangsamen sie das Schiff ähnlich wie Reibung auf einer Straße auf der Erde.

Sie können berechnen, wie viel Kraft Sie dafür benötigen, wenn Sie die Masse des Projektils kennen, das Sie abfeuern, und wie schnell es fliegt - der Vorwärtsimpuls des Projektils ist gleich dem Rückwärtsimpuls des Schiffs. Mit dem Rückwärtsimpuls des Schiffes können Sie die Kraft berechnen, die Sie benötigen, um es anzuhalten.

Upgrades

Sie sagen, Sie planen, dies Ihren Spielern als Upgrade anzubieten. Großartige Idee. Wie wäre es, wenn Sie mit einem Upgrade-Pfad, der in etwa so aussieht, noch einen Schritt weiter gehen:

1. Waffen
2. Größere Geschütze
3. Größere Geschütze + Trägheitsdämpfer
4. Rückstoßfreie Waffen

Jetzt können Sie sowohl die Dämpfungstechnologie als auch die rückstoßfreie Technologie verwenden!

Ein Fusionsantrieb ist eine Waffe, mächtig im direkten Verhältnis zu seiner Effizienz als Antrieb. - Larry Niven

Vielleicht sind die Motoren und die Kanonen ein einziges Gerät. Beide sind darauf ausgelegt, eine kleine Menge Material so schnell wie möglich vom Schiff wegzutreiben. Der einzige Unterschied besteht darin, dass Sie es in einem Fall auf den Feind richten und in dem anderen hinter sich.

Dies hätte interessante Auswirkungen auf Taktik und Formation. Sie müssten Ihre Anflugroute so planen, dass keine anderen Schiffe durch Ihren Auspuff fahren. Ein Schiff kann sich beim Feuern leicht zurückziehen und hat beim Feuern Schwierigkeiten, sich vorwärts zu bewegen. Um dies zu tun, konnten Schiffe Schwung aufbauen, herumpeitschen und dann auf Gegner schießen, während sie vorwärts rollten.

Wie planen Sie den Umgang mit der Schwerkraft an Bord eines Schiffes?

Ich habe zuvor eine Kurzgeschichte geschrieben, in der die Gravitationssysteme an Bord von entscheidender Bedeutung für den Betrieb des Fahrzeugs waren, indem es sowohl eine Schwerkraftquelle für die Besatzung als auch eine „Senke“ für die Trägheit des Fahrzeugs und der Besatzung unter Strom bereitstellte , und auch zum Abfeuern von Waffen etc.

Kurz gesagt, Schäden am Generator bedeuteten viele Probleme für die Besatzung.

Wenn Sie eine "hartere" SF-Route gehen möchten, haben Sie ein Kompensationssystem - das Abfeuern von Waffen von einer Seite des Schiffes erzeugt ein gleiches und entgegengesetztes "Abfeuern" von Kompensationstriebwerken von der anderen Seite, wodurch der anfängliche Schwung gestoppt und ein Mangel erzeugt wird der Bewegung.

Alternativ ist der Platz GROSS. Wenn die Waffen so montiert sind, dass sie keine Rotation verursachen, sondern einfach stoßen, ist eine leichte Drift bei jedem Schuss etwas, das selbst die grundlegendsten Raumfahrtzivilisationen mit computergestützter Zielführung kompensieren können sollten.

Es gibt mehrere Wege aus dem Dilemma:

Masse vs. konventionelle Waffen . Ja, solange die Kanonen nicht ständig in die gleiche Richtung schießen, wird die enorme Trägheit des Schiffes das Schiff aufgrund von Newton in einem guten Maße auf Kurs halten:$\vec{F_{Ship}}=m_{ship} \times \vec{a_{Ship}}$, wobei$\vec{F_{Ship}}=-\vec{F_{Charge}}$, je größer die Ladung, desto höher die Kraft auf das Schiff (Newtons 3. Gesetz!), aber die Beschleunigung, die es gibt, ist antiproportional zur beteiligten Masse, um also einige sinnvolle Änderungen vorzunehmen, die das Schiff in der Schlacht beeinflussen, Die Kanonen müssen entweder unglaublich stark sein oder mit unglaublicher Geschwindigkeit und wiederholt abgefeuert werden.

Aber es gibt noch mehr!

Raketen . Das Abfeuern von Raketen ist wie das Abwerfen von Bomben: Öffnen Sie die Luke, docken Sie die Waffe ab und sie macht sich auf den Weg. Der Auspuff der Raketen übt eine gewisse Kraft auf das Schiff aus, aber auch das ist winzig im Vergleich zu seiner Trägheit und führt nur zu sehr, sehr kleinen Beschleunigungsbits - die vernachlässigbar sind. Tatsächlich könnten diese verwendet werden, um den winzigen Mengen der Waffen bis zu einem gewissen Grad entgegenzuwirken.

Laser . Nur die Verwendung von (Mikrowellen- oder Röntgen-) Lasern ist die Verwendung einer der am leichtesten zu übersehenden, rückstoßfreien Waffen. Einen Mikrowellenlaser auf das Kühlsystem eines größeren Schiffes zu richten, würde es höchstwahrscheinlich überhitzen und sogar platzen lassen!

Gastmannschaften/Boarding/Kämpfer . Wenn es eine Möglichkeit gibt, Teams zu anderen Schiffen wegzuschicken/zu besteigen, ist dies mit Sicherheit eine rückstoßfreie Möglichkeit, andere Schiffe zu bekämpfen, auch wenn der Preis in Blut enorm sein könnte. Der Start eines Enterschiffs würde einen Space Hulk von der Größe eines Schlachtschiffs nicht wesentlich beeinflussen. Ebenso würde der Start von Kampffahrzeugen auch keine Auswirkungen haben.

Stellen Sie Rasierer so ein, dass sie wirklich betäuben!

Die physischste Waffe, die Menschen im Weltraum haben können, ist ein Objekt wie ein Satellit oder ein Schiff, das absichtlich zusammenstößt. Die Reaktion wäre wie Glas, das sehr langsam zerbricht, wenn es in eine Million Fragmente zersplittert.

Aus diesem Grund schrecken Nationen davon ab, Raketen in den Weltraum zu schießen, weil die Angst vor außerirdischen Invasionen eines Tages einholen könnte, wenn die Rakete ihr Ziel tatsächlich in ein paar Milliarden Jahren erreicht, obwohl die Schätzung, dass dies geschieht, eins zu einer Billion ist. Es genügt zu sagen, dass es möglich ist. Ob die Menschheit jedoch überlebt, um einer solchen Invasion zu begegnen, oder ob sie zu diesem Zeitpunkt bereits tot ist, bleibt ein Rätsel.

Um einen Planeten zu bombardieren, müssten Sie sich im Grunde nur in einer leicht zerfallenden Umlaufbahn parken und schwere, hochtemperaturtolerante Projektile rückwärts abfeuern. Dies würde Ihr Schiff beschleunigen, um einen Absturz zu verhindern, während die Projektile in einer definitiv zerfallenden Umlaufbahn landen würden. Wenn sie auf dem Boden aufschlagen, werden sie Meteoriten sein. Etwas Timing- und Orbitalmathematik wird sie ziemlich genau machen. In diesem Fall ist der Rückstoß eigentlich das, was Ihr Schiff antreibt.

Was den Schiff-zu-Schiff-Kampf betrifft, möchten Sie wahrscheinlich entweder Lenkflugkörper oder Drohnen verwenden - oder etwas sehr Kleines, das auf große Geschwindigkeiten beschleunigt wird.

Unbemannte, aber angetriebene Einheiten können so gebaut werden, dass sie Beschleunigungen standhalten, die Menschen zerquetschen würden, was ihnen einen enormen Vorteil gegenüber Ausweichmanövern verschafft, die ein bemanntes Schiff ausführen könnte.

Eines der gefährlichsten Probleme der heutigen Raumfahrt sind Mikrometeore – das sind kleine Dinge, die schnell fliegen. Wenn Sie beispielsweise einen Magnetbeschleuniger verwenden, können Sie einen (Strom von) sehr kleinen und leichten Partikeln mit einem erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit abfeuern, ohne Ihrem Schiff tatsächlich so viel Beschleunigung zu verleihen. Die Geschwindigkeit der Partikel würde es sehr schwer machen, sie auszumanövrieren. Das extremste Beispiel dafür wäre natürlich ein Laser.

tl;dr die anderen Antworten

Am einfachsten ist es, dem zu folgen, was alle modernen (Dreadnought-) Schlachtschiffe verwenden - einen hydraulischen Rückstoßmechanismus . Dies würde es ermöglichen, dass die Rückstoßwirkung in die entgegengesetzte Richtung geht, in die die Waffe geht, und auch die meiste Kraft zerstreuen, wenn überhaupt, die das Raumschiff in die entgegengesetzte Richtung drückt.

Eine andere Möglichkeit wäre, so etwas wie eine altmodische Kanone zu verwenden, die jedes Mal zurückgefahren werden muss, aber das wäre im Weltraum im Grunde dumm.

Vielleicht könnten Sie versuchen, einen Gegenstand namens "Counter-Recoil Thrusters" (CRTs) herzustellen, den Sie erforschen könnten. Diese würden direkt an den Waffen angebracht (vielleicht eine Gewichts- / Kraftstoffstrafe erlassen?) Und würden jedes Mal aktiviert, wenn die Waffe feuert. Die CRTs würden dem Rückstoß entgegenwirken, indem sie kleine Motoren einschalten, die in die entgegengesetzte Richtung drücken. Dies könnte ein aufrüstbarer Gegenstand sein, indem CRTs höherer Stufe mehr Rückstoß negieren als CRTs niedrigerer Stufe, obwohl sie teurer wären und mehr Kraftstoff verbrauchen. Sie könnten auch Waffen haben, die wenig bis gar keinen Rückstoß haben, aber andere Strafen verhängen. Zum Beispiel könnten Sie Laserwaffen so gestalten, dass sie keinen Rückstoß haben (da sie schließlich nur konzentriertes Licht abfeuern), aber ihre Feuerrate langsam und das Modul selbst schwer und kostspielig machen. Oder vielleicht ein Maschinengewehr mit hoher Feuerrate und geringem Rückstoß, aber wenig Schaden anrichten. Eine andere Idee könnte ein Upgrade des Schiffs selbst sein, bei dem seine Triebwerke automatisch einen Teil des Rückstoßes seiner Waffen kompensieren.

Der Rückstoß in einem Spiel wie diesem (oder jedem waffenbasierten Spiel) wird zu einem Hauptaugenmerk bei vielen Schiffs- und Flottenkonstruktionen. Ein Schiff mit geringer Rückstoßminderung wird wahrscheinlich viel Zeit und Ressourcen verschwenden müssen, um ständig wieder in Position zu gehen, um erneut zu feuern, aber der Kauf von so etwas wie einer CRT oder einer rückstoßfesten Waffe / einem Modul ist an sich schon kostspielig. Vielleicht könnten Sie dies zu Ihrem Vorteil nutzen und andere Schiffsmodule bauen, die den Rückstoß verändern (wie eine Waffe, die die Rückstoßminderung bei Schiffen reduziert, die sie trifft, oder eine Waffe, die einen enormen Rückstoß hat, der es einem damit ausgerüsteten Schiff ermöglicht, Angriffen durch Abfeuern "auszuweichen". zur Seite, schiebt sich aus dem Weg der Gefahr)

Sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Scheiben (*), die zum genauen Zeitpunkt des Schusses gebeugt werden, aber das hängt von der Energiemenge ab, über die wir sprechen, der Masse der Scheiben (Größe / Durchmesser) und der Fähigkeit, sie sofort zu stoppen. Fügen Sie auch einen Impulsmotor auf der anderen Seite Ihrer Dreadnought hinzu.

(*) (diese Scheiben sollten sich wahrscheinlich in verschiedene Richtungen drehen, also in ungeraden Zahlen pro Kanone)

Eine Rail Gun bietet in dieser Umgebung einige sehr attraktive Eigenschaften.

Im Weltraum müssen wir uns nicht mit atmosphärischer Reibung befassen, daher ist die Energie, die erforderlich ist, um ein Projektil über große Entfernungen ohne Geschwindigkeitsverlust zu schleudern, relativ gering. Bei einer Railgun, bei der das Projektil in den Schienenführungen schwebt, gibt es keine Reibung zwischen dem Projektil und der Railgun (Lauf). Da das Projektil durch abwechselnde Anziehungs- und Abstoßungskräfte beschleunigt wird, die durch Magnetfelder entlang der Kanonenrohrlänge erzeugt werden, würden diese zyklischen Kräfte, wenn sie genau ausgeglichen wären, dazu neigen, sich gegenseitig aufzuheben, wodurch die Schubkraft einer Anziehungskraft oder einer anderen aufgehoben würde abstoßende Kraft. Dies würde zu praktisch keinem wahrnehmbaren Rückstoß führen. Das Projektil würde eine Art Führungs- und Stabilisierungskontrolle benötigen, um jeden Kontakt mit kleinem Weltraumschrott oder anderen Anomalien auf seinem Weg zu korrigieren.