Полезные заметки/Космическое оружие и защита

Космос имеет ряд известных, но интуитивно не очень понятных отличий от всех прочих сред. И отличия эти влияют в том числе и на процесс приведения в негодность корабля оппонента. И так, какие же у нас есть способы выпиливания космических кораблей и противодействия этому? Поскольку статья в «Полезных заметках», рассматриваются лишь условно-реалистичные технологии.

Оружие

Кинетическое

Просто разгоняем болванку порохом, ракетой, электромагнитным полем или как-то еще. Либо не болванку, а дробь, если боимся промахнуться или хотим накрыть толпу мелочи.

Является рекордсменом по соотношению бронепробиваемость/энергия. Дело в том что в космосе во-первых нет среды, тормозящей снаряд, во-вторых в типичном случае то, что запускает снаряды, уже сближается с целью с относительной скоростью от нескольких километров в секунду. А при скоростях соударения, многократно превышающих скорость звука в броне, взаимодействие брони и снаряда описывается законами гидродинамики. То есть какой бы твердой ни была сталь — она будет вести себя как слой воды при падении на неё капли воды. С той лишь разницей, что обратно затекать в образовавшийся кратер материал брони не будет.

Разгонять кинетический снаряд можно:

• Пороховой пушкой. Скорость относительно пушки ограничивается несколькими километрами в секунду. Зато дешево, просто и не требует мегаватт электроэнергии.
• Ракетой. Прирост скорости боеголовки может быть свыше 10+ км/с даже для химической ракеты, но на разгон требуются минуты. Дополнительный бонус: ракета может быть (и, скорее всего, будет) самонаводящейся или управляемой, что в разы повышает точность попадания. Дополнительный минус: система РЭБ почти наверняка будет противодействовать. От простой летящей по инерции болванки нужно уворачиваться, пытаться сбить её с курса контрударом или же принимать на броню — а ракету противник может попытаться или обмануть, или же перехватить канал управления.
  • Вообще-то помехи воздействуют на все системы наведения без исключения, но в тех же играх от Master of Orion до претендующей на реализм Children of a Dead Earth почему-то страдают только ракеты. Скорее всего потому что в морских и воздушных боях Холодной Войны из пушек стреляли на расстояниях где цель уже замечательно видно глазами.
• Электромагнитным ускорителем. Время разгона как у пороховой пушки, но дульная скорость как у ракеты. Но нужно обеспечить электроэнергией, причем с очень специфической вольт-амперной характеристикой источника питания. Виды ускорителей:
  • Гаусс или коилган. Много электромагнитов, последовательно включаясь, разгоняют стальную болванку либо нечто с ферромагнитной оболочкой. Лучше подходит для метания больших масс с малой скоростью. Требует большой длинны ствола.
  • Реилган или рельса. Может разгонять малые массы до высоких скоростей. Чем длиннее ствол — тем выше скорость, при условии, что обеспечили напряжением на весь путь по стволу. Из-за требующихся для разгона высоких токов снаряд приходится толкать плазменным поршнем из испарившегося куска пластика. Если в рельсу зарядить лишь материал для создания плазменного поршня — получится плазмаган. Но нужно ли это делать — вопрос. Плазма по вылету из ствола начнет рассеиваться.
    

Да, плазмаган является фактически кинетическим оружием — в типичном случае основным поражающим фактором будет именно кинетическая энергия плазмы, а не её температура. Потому что кинетической энергии при скоростях в десятки километров в секунду много.

• Ядерной пушкой или кассаба-гаубицей. Берётся ядерная бомба, к ней приделывается толстая плита из чего-то, хорошо поглощающего нейтроны и гамма-лучи. Бомба направляется плитой к цели и взрывается. В зависимости от толщины плиты и мощности взрыва к цели полетит или поток плазмы, или раскаленная высокоскоростная шрапнель. Важно. Эта штука не является «направленным ядерным взрывом» — энергия взрыва распределяется равномерно во все стороны. Но плита переводит часть энергии в более подходящую для разрушения форму.

Однако у кинетического оружия есть и один принципиально неустранимый недостаток: в отличие от боёв на поверхности планет, снаряды, пролетевшие мимо цели, не «падают на землю» и никуда не деваются — они продолжают нестись в пространстве с той же скоростью, какую имели в момент выстрела (либо остановки двигателя — для ракет). Этот момент сражающиеся должны учитывать при манёврах, чтобы, резко ускорившись, не влететь нечаянно в облако своей же шрапнели. Впрочем, это же касается и обломков вражеских кораблей, подбитых метким выстрелом.

Лучевое

Стандартным космооперным штампом являются всепрожигающие лучи от которых спасает только высокотехнологичное силовое поле. С реалистичными лазерами все наоборот. КПД лазера ниже 50 %, то есть в нем самом останется больше энергии чем передастся цели. А значит плотность энергии на цели будет низкой, если только лазер не одноразовый. Но даже при достаточно высокой плотности энергии луча мы фактически вызовем на броне цели взрывное расширение вещества во все стороны сразу. В то время как попадание кинетическим снарядом будет направленным потоком вещества, протыкающим броню.

Засветить можно:

• Лазером. На первый взгляд одни недостатки: и напряжение подай, и охлаждение обеспечь и дамажит слабо. Почему не все так однозначно будет сказано ниже.
• Ядерным взрывом. Причем можно как просто взорвать водородную бомбу мегатонного эквивалента, создав фактически светящий во все стороны гемма-лазер, так и использовать килотоный боеприпас с рентгеновским лазером ядерной накачки. Во втором случае примерно 1 % от энергии взрыва выстрелит узким лучом рентгена. Теоретически можно создать рентгеновский лазер мегатонного калибра, но потребуются невменяемые количества активного вещества собственно лазера — тысячи тонн. Еще более теоретически проблему большой массы активного вещества лазера можно решить накачивая не электронные оболочки а сразу ядра, но именно теоретически — экспериментов на данную тему не поставили даже во время СОИ.

Разрушительную мощь светового (точнее рентгеновского) потока ядерного взрыва часто недооценивают. А зря. 1 мегатонна — это 4.2*10¹⁵ Дж. В километре от эпицентра это будет 334 МДж на квадратный метр.

Пучковое

Делится на ускорители заряженных частиц или ионов и нейтронное. Фичей первых является способность заряженных частиц проникать вглубь вещества и только потом резко тормозить выделяя энергию. То есть ускоритель протонов будет делать взрывы внутри брони или даже под ней. Нейтроны же поглощаются веществом более традиционно, но даже в относительно малых дозах смертельны для экипажа без серьезной генетический либо кибернетической аугметации.

Защита

Как бы не важнее предыдущего пункта ибо авторы НФ претендующей на реализм ей часто пренебрегуют и под гипнозом нулей в тротиловом эквиваленте выдают произведения с ну очень интересными боями в стиле «победил тот, кто успел выстрелить».

В любой войне проблему защиты от враждебного огня можно разделить на «слои»:

1. Избежать обнаружения. Очевидно, тебя не могут убить если не знают где ты вообще находишься.
2. Избежать выстрела. То самое «убей первым». На практике редко работает по причине наличия следующих слоев.
3. Избежать прицельного выстрела. Либо в результате работы РЭБ противник знает о том где мы только очень примерно, либо боится не успеть выстрелить и не дожидается уверенного захвата цели, либо все сразу.
4. Избежать попадания. Или успеть уйти с траектории подарка, или перехватить его.
5. Избежать пробития. Тут начинается спор миллиметров брони и снаряда. Если бы не было всех предыдущих слоев, он был бы решен однозначно в пользу снаряда.
6. Избежать выхода из строя при пробитии. Даже пробитие корабля навылет может не стать фатальным если не задеты жизненноважные системы. Или задеты, но они были дублированы.

Как видно из списка, у любого оружия будут проблемы как минимум с несколькими слоями. У лазера (не ядерного), как уже говорилось выше, все плохо со слоем 5 — пробитием брони. Зато от него практически невозможно увернуться (кроме дистанций порядка световой секунды). И перехватить его до брони можно только поставив завесу заранее. Кинетика же наоборот хорошо дырявит броню, но от неё реальнее увернуться, перехватить, попытаться выжить после пробития. Любое оружие имеет проблемы с пунктами 1 и 2 ибо их преодоление лежит в области средств наведения. Но то, что стреляет чаще имеет шансы выбить истинные цели вместе с ложными. Зато нечто очень мощное но редкое (да-да то самое ядерное оружие) при активном использовании помех и ложных целей просто улетит в молоко.

Маневр

Тут как раз все интуитивно-понятно причем понятно правильно. Чем меньше корабль и чем мощнее маневровые двигатели — тем проще ему уводить свой корпус из под удара.

Броня

Против кинетического. Из-за высокого могущества кинетики обязательна должна сочетаться с другими защитными технологиями.

• Разнесенная. Классические «щиты Уиппла». Из-за того, что при космических скоростях взаимодействие снаряда с броней описывается гидродинамикой, тонкий защитный экран будет пробит высокоскоростным снарядом ценой фрагментации того снаряда. И на основную броню прилетит уже много маленьких снарядиков. Одно «но» — щит должен быть соизмерим по толщине со снарядом при близкой плотности, так что теоретически его можно проткнуть «ломом».
• Наклонная. Увеличивает эффективную толщину брони и площадь, по которой распределяется лазерный луч. В случае с кинетикой может дать дополнительную защиту за счет рикошета.
• Дифференцированная. Бронировать лучше то, что нельзя терять и с той стороны, с которой будут прилетать подарки.
• Толстая низкой плотности. Против высокоскоростной кинетики это эффективней традиционной брони высокой плотности в смысле требуемых килограммов на квадратный метр. Грубо говоря, в случае тонкой и тяжелой брони энергия снаряда приходится строго в вещество перед ним, а вот в толстой но легкой — успевает распределиться в стороны. Крайне желательно совмещать с нейтронной защитой, используя в качестве брони полиэтилен.
• Нанотехнологичная. Прочность металла определяется взаимодействиями между кристалликами металла, между которыми нет настоящей химической связи. В полимерном волокне вроде кевлара отдельные молекулы достаточно длинные, но пока что не достигают длинны всего волокна, которое является чем-то вроде упорядоченного войлока. Если создать материал для разрушения которого потребуется разрушать молекулу, а не отрывать друг от друга отдельные молекулы — это будет большим скачком в прочности. В реальности таким материалом является паутинный шелк. В лабораториях экспериментирую с углеродными нанотрубками и графеновой бумагой но пока площадь и того и другого недостаточно велика.

Противолазерная:

• Зеркальная противолазерная. Может применяться если рабочая длинна волны лазера известна хотя бы примерно и вообще позволяет себя эффективно отражать (то есть не рентген). Но если лазер не одноразовый и работает в диапазоне близком к оптическому — будет эффективна ибо в самом лазере имеются зеркала резонатора и фокусирующая оптика. Крайне желательно подставлять такую броню под углом к падающему лучу. Впрочем это касается любой брони.
  • Заметность корабля зеркальная обшивка одновременно увеличивает и уменьшает. Увеличивает потому что вместо рассеивания света ближайшей звезды во все стороны будет давать достаточно узкий «солнечный зайчик», а уменьшает по той же самой причине.

• Аблативная противолазерная. Слой вещества с как можно большей удельной теплотой испарения. Из «обычных» материалов таким является графит. Из экзотики — нанотрубки и графен. У того же графита есть и ещё одно любопытное свойство — ассиметрия теплопроводности. Если расположить графит так чтобы его слои лежали вдоль поверхности корабля (а поперек он ещё и джержаться толком не будет) — тепло будет быстро распространяться вширь, но медленно вглубь. У графена этот эффект будет ещё более выражен за счет того что колебаниям атомов проще передаваться в пределах пластины графена, чем между ними.
  
  • На испарение килограмма графита требуется около 60 МДж. Слой графита миллиметровой толщины весит 2.2 кг на квадратный метр. Теперь вы знаете как быстро посчитать в экселе прожигание лазером графитовой брони.

Противорадиационная

Только не свинец! Против заряженных частиц и нейтронов он малоэффективен. А в случае первых ещё и тормозное рентгеновское излучение создается. Правильная противорадиационная защита начинается с толстого слоя чего-нибудь богатого легкими атомами. Например, метра полиэтилена. А вот под полиэтиленом уже можно и нужно положить что-нибудь для рентгеновских и гаммалучей. Можно в принципе и свинец, но сталь не на много хуже по радиозащитным свойствам и гораздо лучше как конструкционный материал. Или обедненный уран, как в одном современном танке.

Активное противодействие

Летящий кинетический снаряд (от болванки до ракеты) можно попытаться уничтожить на подлёте или сбить с траектории. Для этого потребуется иметь «противоминную артиллерию» из лазерных или кинетических пушек с очень точным и скоростным наведением (зато мощностью можно и пожертвовать). Лазеры испаряют снаряды или хотя бы устраивают им взрывное разрушение за счёт испарения материала в точке попадания, а кинетические просто сталкиваются с болванками, сбивая их с курса. От лучевого или пучкового оружия такой способ не поможет.