Prava fizika svemirskih bitaka

Na rubu našeg Sunčevog sustava identificirana je flota invazija vanzemaljaca s namjerom da okonča cijelo čovječanstvo onako kako to znamo! Zvuči poput perspektive upravo iz znanstvene fantastike, ali Drakeova je jednadžba pokazala da obilan, svemirski život u našoj galaksiji možda nije rijedak koliko smo mi uvjereni; i tko je ikad rekao da će biti prijateljski raspoloženi? Čak je i poznati fizičar Stephen Hawking upozorio da smo stupili u prvi kontakt s naprednom izvanzemaljskom rasom, dobroćudnom ili na neki drugi način, uspoređujući takvu interakciju s uvođenjem zapadnih doseljenika u Indijance u 15. stoljeću. Za one koji se ne sjećaju satova povijesti svoje srednje škole, takav se uvod nije dobro pokazao urođenicima.

Svemirska ratovanja uvelike bi se razlikovala od onoga što smo vidjeli prikazano u holivudskim remek-delima znanstvene fantastike. TV emisije i filmovi poput Star Trek, Star Wars, Battlestar Galactica i Babylon 5 prikazuju ogromne bitke od stotine zvjezdanih brodova u neposrednoj blizini, manevrirajući jedni drugima i ispaljujući užarene zrake energije i projektile prema svojim neprijateljima. Iako lijepe, ove CGI svemirske bitke koje su potaknule naraštaj ljubitelja znanstvene fantastike, daleko su od onoga što biste stvarno vidjeli u borbi između suprotstavljenih svemirskih flota.

Kaotičan, eksplozivan prizor s Battlestar Galactice (2004), izvora za kojega se mogu raspravljati najveće znanstvene fantastične bitke do sada.

Da se ikada vodi stvarna svemirska bitka, ona bi se trebala dogoditi u skladu sa zakonima fizike i orbitalne mehanike. Dizajni svemirskih letjelica možda nisu tako uglađeni kao što se pojavljuju u filmu o JJ Abrams, a oružje tog broda možda nije ni približno blistavo ili svijetlo. U gravitacijskom polju potrebno je pažljivo nacrtati manevre kako bi se moglo održati izvid s neprijateljskim plovilom. Jednom u borbi, orbitalna dinamika ne bi pokretala samo putanje svemirskih letelica, već i njihove projektile. Ništa u svemirskoj bitci ne bi bilo izravno.

Brod

U redu, tri fenjera u stropu; vanzemaljci dolaze svemirom i oni su savijeni od uništenja. Da bismo se obranili, moramo osmisliti neke bojne brodove! U svemiru želite koristiti što je manje moguće materijala kako bi vaša masa bila niska, a samim tim i vaše ubrzanje i delta-v (u osnovi vaš domet). Glasno, najefikasniji oblik je sfera, ali imajte na umu ljubitelje Death Star-a. U ratu smo, a sfera (s kružnim presjekom sa svih strana) doslovno je najlakši cilj za pogoditi. Za ravnotežu između male mase i malog područja poprečnog presjeka, dugi vitak cilindar čini trik. Ovaj cilindar je vaš oklop, a trebao bi biti sastavljen od vrlo jakih metala s visokim talištem da ne bi došlo do proboja ili ablacije.

Ova igra koju volim pod nazivom

Što želimo staviti u naš cilindar? Možda najvažniji podsustav do uvođenja inteligentnog AI su ljudski moduli za posadu. Na kraju ćemo možda moći programirati AI koji je dovoljno pametan za strateški planiranje svemirskih planova bitke, ali s nekoliko minuta kašnjenja u komunikaciji između planeta, još uvijek ćemo se morati oslanjati na ljudsku posadu za ovu bitku.

Svemirski bojni brod zahtijevat će pogonski sustav s visokim delta-v i velikim ubrzanjem. Konvencionalne rakete imaju respektabilna ubrzanja, ali nemaju dovoljno velike brzine ispušnih plinova da bi njihovi delta-v bili vrlo visoki, ograničavajući njihov domet. Moderni ionski motori i Hall-ovi potisnici imaju značajne delta-v potencijale, ali njihova su ubrzanja nevjerojatno mala, što ih čini ranjivima u bojnoj situaciji. Neki oblik futurističkog pogonskog sustava, poput raketa s pogonom na fisuru, bio bi najprikladniji za svemirsku borbu.

Naš će brod zahtijevati i snažan izvor energije, daleko veći od izlaza solarnih panela ili RTG-a. Da bi se osigurao borbeni brod s dovoljno snage da podrži sve te napredne podsustave, vjerojatno će trebati reaktor fisije hlađen naprednim sustavom toplinske kontrole i radijatorima. Naš brod sada ima obrambenu tehnologiju da se zaštiti i manevarira od neprijateljskog napada, ali nedostaje mu uvredljiva sila. Trebat će nam svemirsko oružje!

Evo sada internog prikaza s dodatnim radijatorima za odvod topline. Odozgo imamo 2 modula posade, 2 spremnika goriva za deuterij, reaktor fisije i mlaznicu rakete deuterija.

Oružje

Učitajte faze, fotonske torpede i bojeve glave antimaterije! Okej, ne baš, ali trebat ćemo brzo dočarati malo oružja jer je izvanzemaljska flota već stigla do Saturna i minira joj prstenove! Prah je previše težak da bi sa sobom donio korisnu količinu u prostor, ali imamo druge mogućnosti za pokretanje projektila kroz svemir. Magnetske tračnice, koje koriste snažna magnetska polja za ispaljivanje ogromnih metalnih projektila iz topa ekstremnim brzinama, idealno su rješenje. Iako se može činiti starinskim korištenje čvrstog projektila u svemirskoj bitci, važno je uzeti u obzir da projektil od 1 kg lansiran brzinom od 5 km / s oslobađa više energije nego što 13 Toyota Camry udara u čvrsti zid brzinom autoceste. Ako to ne unese udubinu u svemirskom brodu vašeg neprijatelja, vjerojatno će vam biti preteško za pomicanje.

Puška američke mornarice, koja nije u svemiru. Može ispaliti projektil brzinom preko 2 km / s, što je prilično brzo.

Druga opcija za svemirsko naoružanje su laseri. Ako ulijevate dovoljno energije u laser i namjestite valnu duljinu te svjetlosti da odgovara valnoj dužini apsorbancije materijala vašeg trupa, teoretski biste mogli istopiti rupu kroz njihov brod. To ne bi bilo tako sjajno kao fazer jer bi svjetlost iz lasera bila nevidljiva za promatrača dok je putovao kroz vakuum prostora, ali bilo bi možda učinkovitije gledajući kako protivnik ne bi mogao izbjeći lasersku eksploziju ( ne bi bilo načina da se to vidi jer je laser svjetlost). Ostalo naoružanje grubim silama, poput nuklearnih i kinetičkih raketa, mogli bi koristiti svemirski brodovi na vlastiti rizik nošenja tog oružja na brodu.

Sastanak

U redu, izvanzemaljska flota prestala je za gorivo na Jupiteru i ne želimo da se bitka vodi nad Zemljom zbog padajućeg otpada i slično. Izgradili smo vlastitu flotu teško oklopnih, dugačkih cilindara opremljenih laserima i šinama sa pogonom reaktora za fisiju i planiramo se sastati s izvanzemaljskom flotom u orbiti iznad Marsa. Ako je naša flota jednostavno usmjerila nos prema Marsu i viknula, „Gospodine Laforge; uključe!” ne bismo stigli jako daleko To je zbog orbitalne dinamike. Ništa u svemiru nije stacionarno. Orbitirajući Zemlju, flota brodova već ima brzinu u smjeru svoje orbite, a pokušaj pokretanja drugog smjera je poput pokušaja udaranja nekoga kuglom iz automobila u pokretu; morate rano baciti loptu.

Isto tako, brodovi lansiraju na Mars dodavanjem veće brzine svojoj orbiti ranije, tako da njihove orbite postaju izdužene poput elipse. Primijenite li dovoljno velike brzine na orbitu, elipsa će postati toliko izdužena da će se zapravo odvojiti od orbite. Jednom kada se brod odmakne od Zemljine orbite, može nastaviti s dodavanjem brzine da iskrivi svoju orbitu oko sunca dok se najudaljenija strana elipse, afelon, ne nađe na udaljenosti Marsove orbite. Navedeni se brod također mora osigurati da će Mars biti u apheziji kada se upusti u takav manevar, jer u protivnom neće imati što otići u orbitu kada stigne tamo. Za razliku od znanstvene fantastike, manevriranje u svemiru zahtijeva samo nekoliko eksplozija motora u ključnim trenucima da biste stigli na željeno odredište. Beskrajno pucanje potiskivača izbacilo bi vas iz Sunčevog sustava!

Brodovi koji idu sa Zemlje na Mjesec zapravo moraju uključiti svoje motore iza Zemlje u odnosu na Mjesec, tako da se njihove orbite izdužuju kako bi dosegle Mjesec s druge strane.

Jednom kada smo na Marsu, našoj floti treba odgovarati orbiti vanzemaljske flote. Za razliku od morskog broda koji se nalazi na brodu, ovo se čini mnogo izazovnijim nego što se čini. To zahtijeva poznavanje točnih orbitalnih karakteristika vašeg protivnika i planiranje kursa iz vaše trenutne orbite kako bi se zadovoljilo njihovim, sve dok leti u krugovima oko planete. Ti bi proračuni vjerojatno bili nemogući da ih čovjek izvrši pravodobno, a gotovo bi ih sigurno izvela računala.

Mali ukus o tome koliko složene orbite mogu biti. Plava linija na putu moje flote, a crveni dijamant je neprijateljska flota.

Bitka

Konačno smo zacrtali presretački kurs koji odgovara orbiti vanzemaljske flote. Nalaze se u dometu u kojem su naši tračnici dovoljno točni da razumnim brzinama udaraju na njihove brodove, a naši laseri mogu biti dovoljno koncentrirani da uzdrže svoje trupe. Međutim, opet ne možemo izravno pucati na vanzemaljske brodove, jer bi orbitalna dinamika daleko odbacila naše projektile (osim lasera. Pucaj!). Sva bi tračnica bila prisiljena prilagoditi se brzini našeg broda, brzini vanzemaljskog broda i Marsovoj gravitaciji kako bi sletila stalnim pogocima u ciljni brod. Uzorci pucanja izgledali bi zakrivljeni zbog činjenice da bi projektili koji su pogodili neprijateljski brod bili ispaljeni prije nekoliko sekundi, kada se naš brod nalazio na drugom mjestu. Rakete i nuklearke mogle bi biti malo svestranije, urezajući složenije orbitalne staze prema svom cilju koristeći gorivo i napredne sustave za praćenje.

Prikaz kako se staze projektila izvijaju zbog različitih orbitalnih karakteristika. Oznake su ovdje vidljive postavljanjem u igri.

Suprotno onome što biste vidjeli u borbi za znanstvenu fantastiku, ta se plovila vjerojatno nikada neće vidjeti. Osim činjenice da vjerojatno ne biste stavili prozore na svemirsku letjelicu koja ide u bitku, vaš protivnik možda nikada neće biti u krugu od 100 kilometara od vas da biste bili poraženi. Nekoliko ključnih proboja radijatora moglo bi onemogućiti protivnikov fisioni reaktor bez posla, uskraćujući svu snagu bilo kojem oružju ili pogonskim sustavima. Isto tako, nekoliko rupa uvučenih u modul posade može biti nepopravljivo, zbog čega se posada guši, a mrtva školjka letjelice i dalje ostaje u orbiti nesmetano oko planete. Vrlo malo okolnosti dovelo bi do potpunog uništenja svemirskog broda u stvarnom svemirskom ratu.

Za ljudsku posadu ove su borbe najvjerojatnije zastrašujuće. Bez ičega na koji bi se mogli osloniti osim senzora, posada ne bi imala mogućnost procjenjivati ​​vanjsku situaciju. Neprijateljski brodovi, projektili i rakete vjerojatno će biti premali da bi se vidjeli prije nego što uđu u vrlo blizu dometa. Projektil bi udarao u vanjski trup poput smrtonosne tuče, svaki bi jednako vjerovatno da će sljedeći probiti trup i označiti kraj bitke. Brza dekompresija živog modula vjerojatno bi mogla biti krivac za poraz ili možda zastoj reaktora fisije uslijed poremećaja toplinskog regulacijskog sustava. Bilo kako bilo, kraj svemirske bitke ne bi bio ugodno iskustvo za ekipu koja je izgubila.

Volim ciljati radijatore jer su ogromni, slabi i sve ovisi o njima. Bez radijatora nijedan energetski sustav na svemirskom brodu ne može funkcionirati.

Mnoge bitke završile bi u zastoju zbog činjenice da stotine metaka projektila još uvijek mogu biti živi s suprotnog broda, čak i nakon što njihova posada bude ubijena ili ako njihov reaktor bude poništen. Ti će krugovi nastaviti utjecati na pobjednički brod nekoliko sekundi, možda čak i nekoliko minuta, prije nego što tok metaka krene svojim putem. Čak i ako posada pobjedničkog broda preživi napad, prostor je neumoljivo okruženje u koje se treba zabiti. Ako je bilo koji od glavnih sustava na bilo koji način oštećen, možda će biti nemoguće popraviti ih bez pristupa Zemljinim izvorima.

Zaključak

Uz sve topove obučene na flotu vanzemaljaca, smrtonosna svemirska bitka u orbiti oko Marsa čini se neizbježnom. Međutim, nakon komunikacije sa vanzemaljcima, ispada da su se pogrešno okrenuli prema Siriusu i završili u pogrešnom sustavu zvijezda. To je i dobra stvar, jer suprotno onome što je znanstvena fantastika prikazala, stvarni svemirski ratovi ne bi bili zabavna stvar. Iako ne bih razmjenjivao bezbrojne holivudske znanstvenofantastične bitke za bilo koji drugi prikaz svemirskog ratovanja, stvarna borba u svemiru nije nešto što bi bilo koji budući čovjek trebao biti prisiljen trpjeti. Nadamo se da naše nastojanje prema zvijezdama ostaje mirne i istraživačke prirode. Oh, i ako se stranac vrati i traži svoje zamijenjene spremnike za gorivo, mi ih totalno nemamo.