Az űrharcok valódi fizikája

Naprendszerünk szélén idegen inváziós flottát azonosítottak azzal a szándékkal, hogy az egész emberiséget véget vessen, amint tudjuk! Úgy hangzik, mint a tudományos fantasztikus kijelentésből, de a Drake-egyenlet megmutatta, hogy a bőséges, űrkutató élet galaxisunkban nem lehet olyan ritka, mint amire gondolunk; és ki mondta, hogy barátságosak lesznek? Még a neves fizikus, Stephen Hawking figyelmeztette bennünket, hogy kezdjünk kapcsolatba egy haladó idegen fajjal, jóindulatú vagy egyéb módon, összehasonlítva egy ilyen interakciót a nyugati telepesek bevezetésével az őslakos amerikaiakhoz a 15. században. Azoknak, akik nem emlékszik a középiskolai történelem óráira, egy ilyen bevezetés nem járt a bennszülötteknek.

Az űrharc nagyban különbözik attól, amit a hollywoodi sci-fi remekművekben láthattunk. A televíziós műsorok és filmek, például a Star Trek, a Star Wars, a Battlestar Galactica és a Babylon 5 csillaghajók hatalmas csatáit jelenítik meg a közelben, egymás felé manőverezve, és izzó energiagerendákat és lövedékeket lőve ellenségeik felé. Noha ezek a CGI űrharcok gyönyörűek, amelyek a sci-fi szerelmeseinek egy generációját inspirálták, messze vannak attól, amit valójában látnának az ellenkező űrflották közötti csatában.

Kaotikus, robbanásveszélyes jelenet a Battlestar Galactica-tól (2004), amely a mai vitatottan legnagyobb sci-fi csaták forrása.

Ha valaha valódi űrcsata megtörténik, akkor ennek a fizika és az orbitális mechanika törvényei szerint kell történnie. Az űrhajók mintái nem lehetnek olyan karcsúak, mint amilyeneket egy JJ Abrams film tartalmaz, és ezeknek a hajóknak a fegyverei nem lehetnek szinte annyira fényesek vagy fényesek. A gravitációs térben a manőverek gondos ábrázolását el kell végezni annak érdekében, hogy az ellenséges vízi járművel való találkozás is megtörténjen. A csata után az orbitális dinamika nem csak az űrhajók, hanem a lövedékek pályáit hajtja végre. Az űrharcban semmi sem lenne egyszerű.

A hajó

Oké, három lámpás a toronyban; az idegenek tér által érkeznek, és megsemmisülnek. Megvédeni magunkat meg kell tervezni néhány csatahajót! Az űrben a lehető legkevesebb anyagot szeretné felhasználni, hogy a tömeg alacsony maradjon, és így a gyorsulás és a delta-v (alapvetően a hatótávolság) magas. Összegezve, a leghatékonyabb forma egy gömb, de tartsd be a Death Star szerelmeseit, itt van fogás. Háborúban vagyunk, és egy gömb (minden oldalának kör keresztmetszete) szó szerint a legegyszerűbb célpont. A kis tömeg és a kis keresztmetszet közötti egyensúly megteremtése érdekében egy hosszú, karcsú henger hajtja végre a trükköt. Ez a henger az Ön páncélja, és nagyon erős fémekből kell állnia, magas olvadásponttal, hogy elkerülje a lyukasztást vagy az ablációt.

Ez a „Holt Föld gyermekei” nevű játék, amely szeretem, az űrharcot tökéletesen ábrázolja, bárki érdeklődik. Itt van egy hengeres űrhajó héja kialakítása.

Mit akarunk betenni a hengerünkbe? Az intelligens AI bevezetéséig valószínűleg a legfontosabb alrendszer az emberek élő moduljai a legénység számára. Lehet, hogy képesek lehetünk olyan intelligens intelligenciaprogramokat programozni, amelyek elég okosak az űri csatatervek stratégiájához, ám néhány perces kommunikációs késéssel a bolygók között továbbra is szükség van egy emberi legénységre ebben a csatában.

Az űri csatahajónak nagy delta-v és nagy gyorsulású meghajtórendszerre van szüksége. A hagyományos rakéták tiszteletben tartott gyorsulásokkal rendelkeznek, de nem rendelkeznek elég gyors kipufogási sebességgel ahhoz, hogy delta-v-jeik nagyon nagyok legyenek, korlátozva a távolságot. A modern ionmotorok és a Hall tolóberendezések figyelemre méltó delta-v potenciállal rendelkeznek, ám gyorsulásuk hihetetlenül lassúvá teszi őket csatahelyzetben. A futurisztikus meghajtórendszerek valamilyen formája, például a hasadékkal hajtott rakéta, lenne a legmegfelelőbb az űrharchoz.

Hajónknak szintén magas színvonalú energiaforrásra van szüksége, amely jóval nagyobb, mint a napelemek vagy az RTG-k. Ahhoz, hogy egy csatahajó elegendő energiával rendelkezzen az összes fejlett alrendszer támogatásához, valószínűleg egy speciális hőszabályozó rendszerrel és radiátorokkal hűtött hasadóreaktorra lenne szükség. Hajónk védekező technológiával rendelkezik, hogy megvédje és manőverezzen az ellenséges támadásoktól, de nincs támadó erő. Szüksége lesz néhány díszes űrfegyverre!

Itt egy belső nézet, hozzáadott radiátorokkal a hőelvonáshoz. Felülről van 2 személyzeti modul, 2 deutérium üzemanyag-tartály, hasadó reaktor és deutérium rakéta fúvóka.

A fegyverek

Töltse fel a fázist, a foton-torpedót és az antianyag-fejlövéseket! Oké, nem egészen, de gyorsan meg kell rejtünk néhány fegyvert, mert az idegen flotta már elérte a Szaturnuszot, és elbányászta gyűrűit! A fegyver túlságosan nehéz ahhoz, hogy hasznos mennyiséget vigyen magához az űrbe, de van más lehetőségeink is egy lövedék meghajtására az űrben. Ideális megoldás a mágneses sínpisztolyok, amelyek erőteljes mágneses mezőket használnak hatalmas fém lövedékek lövésére ágyúból extrém sebesség mellett. Annak ellenére, hogy elavultnak tűnik egy szilárd lövedék használata az űrharcban, fontos figyelembe venni, hogy az 5 km / s sebességgel elindított 1 kg-os lövedék több energiát bocsát ki, mint 13 Toyota Camry ütközése szilárd falhoz autópálya sebességén. Ha ez nem hoz be egy horgot az ellenség űrhajójába, akkor valószínűleg túl nehéz ahhoz, hogy mozogjon.

Az amerikai haditengerészet vasúti fegyvere, amely nincs az űrben. 2 km / s-nál nagyobb lövedéket képes lőni, ami elég gyors.

Az űrfegyverek másik lehetősége a lézerek. Ha elegendő energiát pumpál egy lézerbe, és beállítja ennek a fénynek a hullámhosszát, hogy az megfeleljen az ellenfél hullámhosszának abszorbanciájának hullámhosszával, elméletileg egy lyukat megolvaszthatna közvetlenül a hajójukon. Nem lenne olyan dicsőséges, mint a fázis, mert a lézerből származó fény láthatatlan lenne a megfigyelő számára, amikor az átjutott a tér vákuumán, de talán hatékonyabb lenne látni, mivel az ellenfél nem tud elkerülni a lézerfényt ( nem lehet úgy látni, hogy ez jön, mert a lézer világít). Az űrhajók más brutális erőfegyvereket, például bukókat és kinetikus rakétákat is felhasználhatnak, saját kockázatukra, hogy ezeket a fegyvereket fedélzetükre szállítsák.

A Rendezvous

Oké, az idegen flotta megállt, hogy Jupiternél tankoljon, és nem akarjuk, hogy a csata a Föld fölött zajlik az eső törmelék miatt. Építettünk saját flottát erősen páncélozott, hosszú hengerekkel, amelyek lézerekkel és hasadópisztolyokkal vannak ellátva, hasítóreaktorok hajtják végre, és azt tervezzük, hogy találkozunk az idegen flottával a Mars fölött keringő pályán. Ha flottánk csak az orrát a Mars felé mutatta, és azt kiáltotta: - Mr. Laforge; vegyenek részt! ”nem jutnánk el túl messzire. Ennek oka az orbitális dinamika. A űrben semmi sem áll. A Föld körül keringve a hajóflotta sebessége már a pályájának irányába megy, és egy másik irány elindítása olyan, mintha valaki golyóval akarja megütni egy mozgó autóból; korán el kell dobnia a labdát.

Hasonlóképpen, a hajók a Mars felé indulnak azzal, hogy korábban extra sebességet adnak pályájukra, így pályájuk meghosszabbodik, mint egy ellipszis. Ha elegendő extra sebességet alkalmaz egy pályára, az ellipszis olyan hosszúkás lesz, hogy valóban levál a pályáról. Miután egy hajó leváltott a Föld körüli pályáról, folytathatja a sebesség növelését, hogy körbeforgja a nap körül, amíg az ellipszis legtávolabbi oldala, az afelion, a Mars pályája távolságra van. Az említett hajónak azt is meg kell győződnie, hogy a Mars az afeléken lesz, amikor ilyen manővert folytat, különben semmit sem kell keringnie, amikor odaér. A tudományos fantasztikus filmtől eltérően, az űrben történő manőverezéshez csak néhány motoros robbanásra van szükség kulcsfontosságú pillanatokban, hogy elérje a kívánt rendeltetési helyet. A tolóerő végtelenségével történő tüzelésével kiszabadulhat a Naprendszerből!

A Földtől a Hold felé haladó hajóknak ténylegesen be kell kapcsolniuk a Föld mögött lévő motorjaikat a Holdhoz viszonyítva, hogy pályáik meghosszabbodjanak, hogy elérjék a Holdot a másik oldalon.

A Marson tartózkodás után flottánknak meg kell egyeznie az idegen flotta pályájával. A tengeri hadihajók randevújával ellentétben ez sokkal nagyobb kihívást jelent, mint amilyennek látszik. Ehhez szükséges az ellenfél pontos orbitális tulajdonságainak ismerete és egy pálya megtervezése a jelenlegi pályájáról, hogy megfeleljen az ő pályájának, mindegyik bolygó körüli körben repülve. Ezeket a számításokat valószínűleg majdnem lehetetlen elvégezni egy ember számára időben, és szinte biztosan számítógépeken hajtanák végre.

Kicsi íz arról, hogy milyen bonyolult egyezési pályák lehetnek. A kék vonal a flottám útján, a piros gyémánt az ellenséges flotta.

A csata

Végül elkészítettünk egy elfogási tanfolyamot, amely megfelel az idegen flotta pályájának. Egy olyan távolságon belül vannak, ahol a vasúti fegyvereink elég pontosak ahhoz, hogy ésszerű sebességgel elérjék a hajóikat, és a lézereink eléggé koncentrálódhatnak, hogy megtisztítsák a hajótestüket. Ugyanakkor ugyanakkor nem szabad közvetlenül az idegen hajóknál lőni, mert az orbitális dinamika távolságra vezetné a lövedékeinket (kivéve a lézereket. Tűz el!). Minden vasúti fegyvert kénytelen alkalmazkodni a hajó sebességéhez, az idegen hajó sebességéhez és a Mars gravitációjához annak érdekében, hogy állandó célokat érjünk el a célországra. A tüzelési minták íveseknek tűnnek annak a ténynek köszönhetően, hogy az ellenséges hajót eltaláló lövedékek néhány másodperccel ezelőtt rúgtak volna, amikor a hajónk egy másik helyen volt. A rakéták és a bukók egy kicsit sokoldalúbbak lehetnek, és bonyolultabb pályákat vezethetnek célpontjuk felé üzemanyaggal és fejlett nyomkövető rendszerekkel.

Annak ábrázolása, hogy miként jelennek meg a lövedék pályák a különböző orbitális jellemzők miatt. Az itt felsorolt ​​golyók láthatóvá válnak a játék valamely beállításán keresztül.

Ellentétben azzal, amit láthatna egy tudományos fantasztikus csatában, ezek a hajók valószínűleg soha nem látják egymást. Eltekintve attól a ténytől, hogy valószínűleg nem helyezi ablakokat harcba kerülő űrhajóra, akkor az ellenfelednek soha nem kell 100 kilométeres körzetben lennie ahhoz, hogy legyőzze. A radiátorhoz néhány kulcsfontosságú szúrással az ellenfél hasadási reaktorát ki lehet zárni az üzletből, megfosztva minden energiát bármilyen fegyvernek vagy meghajtórendszernek. Hasonlóképpen, a személyzet moduljába bedugott pár lyuk helyrehozhatatlan lehet, így a legénység megfojthat és a hajó holt héja továbbra is zavartalanul kering a bolygó körül. Nagyon kevés körülmény okozná egy űrhajó teljes megsemmisülését a valós űrharcban.

Egy emberi legénység számára ezek a csaták valószínűleg félelmetes lesznek. Ha a szenzorokon nem támaszkodhat, a személyzetnek nincs lehetősége a külső helyzet felmérésére. Az ellenséges hajók, a lövedékek és a rakéták valószínűleg túl kicsik ahhoz, hogy megnézhessék őket, mielőtt nagyon közel kerülnének. A lövedékek úgy dobálják el a külső burkolatot, mint egy halálos jégeső, mindegyik ugyanolyan valószínű, mint a következő, hogy átszúrja a hajótestet és jelezze a csata végét. Az élő modul gyors dekompressziója valószínűleg a veszteség, vagy esetleg a hasadási reaktor olvadásának a hőszabályozó rendszer meghibásodásának oka lehet. Akárhogy is, az űrcsata befejezése nem lenne kellemes élmény a vesztes személyzet számára.

Szeretem a radiátorokat megcélozni, mert óriási, törékenyek, és minden tőlük függ. Radiátorok nélkül egyetlen űrhajó energiaellátó rendszere sem működhet.

Sok harc patthelyzetbe kerülne, mivel a lövedékek százai továbbra is élhetnek az ellenkező hajóról, még akkor is, ha legénységük meghal, vagy a reaktor érvénytelenné válik. Ezek a fordulók néhány másodpercig, esetleg néhány percig is tovább befolyásolják a nyertes hajót, mielőtt a golyók patakja befejeződik. Még ha a győztes hajó legénysége is túléli a támadást, az űr egy megbocsáthatatlan környezet, amelybe be kell állni. Ha a főbb rendszerek bármelyikének sérülése van, akkor lehetetlen javítani őket a Föld erőforrásaihoz való hozzáférés nélkül.

Következtetés

Minden idegen inváziós flottán kiképzett fegyverrel elkerülhetetlennek tűnik a Mars körül keringő halálos űrcsata. Az idegenekkel folytatott kommunikáció során azonban kiderül, hogy helytelenül fordultak meg Siriusnál, és rossz csillagrendszerbe kerültek. Ez jó dolog is, mert ellentétben azzal, amit a tudományos fantasztikus kép ábrázolt, az igazi űrhajózás nem lenne szórakoztató élmény. Bár nem számoltam el számtalan gyönyörű hollywoodi tudományos fantasztikus csatát az űri hadviselés bármely más ábrázolására, a valódi űrharc nem olyan, amit minden jövőbeli embernek el kellene szenvednie. Remélhetőleg a csillagok iránti törekvés továbbra is békés és feltáró jellegű. Ja, és ha az idegen visszatér az elhelyezett üzemanyag-tartályainak kereséséhez, akkor teljesen nincsenek.