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 el kapcsolatba lépni 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 TV-műsorok és a 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 lőtve ellenségeik felé. Noha ezek a CGI űrharcok gyönyörűek, amelyek a sci-fi szerelmeseinek egy generációját inspirálták, messze vannak attól, amit valójában látnánk 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 űrharcra kerül sor, akkor ennek a fizika és az orbitális mechanika törvényeivel összhangban kell történnie. Az űrhajók mintái nem lehetnek olyan karcsúak, mint amilyeneket egy JJ Abrams film tartalmaz, és ezeknek a hajóknak a fegyverei nem lehetnek annyira mutatósak 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 nemcsak 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 tartomány). Összegezve, a leghatékonyabb forma egy gömb, de tartsd be a Death Star szerelmeseit, van egy fogás. Háborúban vagyunk, és egy gömb (kör alakú keresztmetszettel minden oldalról) 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, tökéletesen ábrázolja az űrharcot, 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 űrharc terveinek stratégiához, de néhány perces kommunikációs késleltetéssel a bolygók között továbbra is egy emberi legénységre kell támaszkodnunk 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 sokkal nagyobb, mint a napelemek vagy az RTG-k. Ahhoz, hogy egy csatahajó elegendő energiával rendelkezzen az említett fejlett alrendszerek támogatásához, valószínűleg egy speciális hőszabályozó rendszerrel és radiátorokkal hűtött hasadóreaktorra lenne szükség. Hajónk jelenleg védelmi 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-fejfejeket! Oké, nem egészen, de gyorsan meg kell rejtnünk néhány fegyvert, mert az idegen flotta már elérte a Szaturnuszot és elbányászta gyűrűit! A fegyver túlságosan nehéz ahhoz, hogy hasznos mennyiséget vigyen magával az űrbe, de van más lehetőségeink is egy lövedék meghajtására az űrben. Ideális megoldás a mágneses sínpisztolyok, amelyek erőteljes mágneses tereket 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, amely autópálya sebességén ütközik a szilárd falba. Ha ez nem hoz be egy fogakat az ellenség űrhajójába, akkor valószínűleg túl nehéz ahhoz, hogy mozogjanak.

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 megfeleljen az ellenfél hullámhosszának abszorpciós hullámhosszának, elméletileg egy lyukat megolvaszthat a hajón keresztül. 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 tudott elkerülni a lézeres robbanást ( 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 tankoljon a Jupiternél, 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, hasítóreaktorokkal hajtva, és azt tervezzük, hogy találkozni kell az idegen flottával, amely a Mars fölött kering. Ha flottánk csak az orrát a Mars felé mutatta, és azt kiáltotta: - Mr. Laforge; vegyenek!” nem jutnánk túl messzire. Ennek oka az orbitális dinamika. A űrben semmi sem áll. A Föld körül keringve a hajóflotta sebessége már a pályájuk irányába megy, és egy másik irány elindítása olyan, mintha valaki golyóval próbálna kiütni egy mozgó autóból; korán el kell dobnod a labdát.

Hasonlóképpen, a hajók a Mars felé indulnak azzal, hogy korábban extra sebességet adnak pályájukhoz, 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 aphelion, 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 művel ellentétben, 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 tartózkodó flottánknak meg kell egyeznie az idegen flotta pályájával. A tengerjáró hadihajók randevújával ellentétben ez sokkal nagyobb kihívást jelent, mint amilyennek látszik. Ehhez meg kell ismerni az ellenfél pontos orbitális tulajdonságait, és meg kell határozni egy pályát 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 minden bizonnyal számítógépeken hajtanák végre.

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

A csata

Végül elkészítettünk egy elfogási pályát, 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 tüzelhetünk közvetlenül az idegen hajókon, mert az orbitális dinamika távolságra vezetné a lövedékeinket (kivéve a lézereket. Tűz el!). Minden vasúti fegyvert kénytelen alkalmazkodni a hajónk sebességéhez, az idegen hajók sebességéhez és a Mars gravitációjához annak érdekében, hogy állandó célokat érjünk el a célországra. A tüzelési minták íveseknek tűnnek annak a ténynek a következtében, 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 ​​golyókat a játék valamelyik beállítása teszi láthatóvá.

Ellentétben azzal, amit láthatna egy tudományos fantasztikus csatában, ezek a hajók valószínűleg soha nem látják egymást. Eltekintve attól a ténytől, hogy valószínűleg nem aknázná ablakokat egy csatába 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, ami a legénység fulladását okozhatja, és a hajó holt héja továbbra is zavartalanul kering a bolygó körül. Nagyon kevés körülmény okozná egy űrhajó teljes megsemmisítését a valódi 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 tőle 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 hatással lennének a nyertes hajóra, még mielőtt a golyók patak elindulna. Még akkor is, ha a győztes hajó legénysége túléli a támadást, a hely egy megbocsáthatatlan környezet, amelybe be kell állni. Ha a főbb rendszerek valamilyen módon megsérülnek, 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. Jó dolog is, mert ellentétben azzal, amit a tudományos fantasztikus kép ábrázolt, a valódi űrhajózás nem lenne szórakoztató élmény. Bár nem számoltam el a számtalan gyönyörű hollywoodi tudományos fantasztikus csatát az űri hadviselés bármely más ábrázolására, a valódi űrharc nem olyan, amit minden jövőbeli embernek el kell kényszerítenie. 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.