Die wahre Physik der Weltraumschlachten

Am Rande unseres Sonnensystems wurde eine außerirdische Invasionsflotte identifiziert, um die gesamte Menschheit, wie wir sie kennen, zu beenden! Es klingt wie eine Perspektive direkt aus der Science-Fiction heraus, aber die Drake-Gleichung hat gezeigt, dass ein reichhaltiges, weltraumtaugliches Leben in unserer Galaxie möglicherweise nicht so selten ist, wie wir glauben; und wer hat jemals gesagt, dass sie freundlich sein würden? Selbst der renommierte Physiker Stephen Hawking warnte uns davor, zum ersten Mal Kontakt mit einer fortgeschrittenen außerirdischen Rasse aufzunehmen, wohlwollend oder auf andere Weise, und verglich eine solche Interaktion mit der Einführung westlicher Siedler bei amerikanischen Ureinwohnern im 15. Jahrhundert. Für diejenigen, die sich nicht an ihren Geschichtsunterricht an der High School erinnern, war eine solche Einführung für die Eingeborenen nicht gut.

Die Weltraumkriegsführung würde sich stark von dem unterscheiden, was wir in Hollywood-Science-Fiction-Meisterwerken gesehen haben. TV-Shows und Filme wie Star Trek, Star Wars, Battlestar Galactica und Babylon 5 zeigen riesige Schlachten von Hunderten von Raumschiffen in unmittelbarer Nähe, die sich gegenseitig manövrieren und leuchtende Energiestrahlen und Projektile auf ihre Feinde abfeuern. Obwohl wunderschön, sind diese CGI-Weltraumschlachten, die eine Generation von Science-Fiction-Liebhabern inspiriert haben, weit von dem entfernt, was man in einem Kampf zwischen gegnerischen Weltraumflotten wirklich sehen würde.

Eine chaotische, explosive Szene aus Battlestar Galactica (2004), der Quelle der zweifellos größten Science-Fiction-Kämpfe aller Zeiten.

Wenn jemals eine echte Weltraumschlacht stattfinden würde, müsste sie in Übereinstimmung mit den Gesetzen der Physik und der Orbitalmechanik stattfinden. Raumfahrzeugdesigns sind möglicherweise nicht so elegant wie in einem JJ Abrams-Film, und die Waffen dieser Schiffe sind möglicherweise nicht annähernd so auffällig oder hell. In einem Gravitationsfeld muss eine sorgfältige Planung der Manöver durchgeführt werden, damit überhaupt ein Rendezvous mit einem feindlichen Fahrzeug stattfinden kann. Einmal im Kampf würde die Orbitaldynamik nicht nur die Flugbahnen von Raumfahrzeugen, sondern auch deren Projektile antreiben. Nichts in einer Weltraumschlacht wäre einfach.

Das Schiff

Okay, drei Laternen im Kirchturm; Die Außerirdischen kommen durch den Weltraum und sind auf Vernichtung aus. Um uns zu verteidigen, müssen wir einige Schlachtschiffe entwerfen! Im Weltraum möchten Sie so wenig Material wie möglich verwenden, um Ihre Masse und damit Ihre Beschleunigung und Delta-V (im Grunde Ihre Reichweite) hoch zu halten. Volumenmäßig ist die effizienteste Form eine Kugel, aber halten Sie Todessternliebhaber fest, es gibt einen Haken. Wir befinden uns im Krieg und eine Kugel (mit einem kreisförmigen Querschnitt von allen Seiten) ist buchstäblich das am einfachsten zu treffende Ziel. Für ein Gleichgewicht zwischen geringer Masse und kleiner Querschnittsfläche reicht ein langer, schlanker Zylinder aus. Dieser Zylinder ist Ihre Panzerung und sollte aus sehr starken Metallen mit hohen Schmelzpunkten bestehen, um Einstiche oder Ablation zu vermeiden.

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Was wollen wir in unseren Zylinder stecken? Möglicherweise ist das wichtigste Subsystem bis zur Einführung der intelligenten KI das menschliche Leben für die Besatzung. Möglicherweise können wir KI programmieren, die klug genug ist, um Weltraumkampfpläne zu strategisieren, aber mit einer Verzögerung von mehreren Minuten bei der Kommunikation zwischen Planeten müssen wir uns für diesen Kampf immer noch auf eine menschliche Besatzung verlassen.

Ein Weltraumschlachtschiff erfordert ein Antriebssystem mit einem hohen Delta-V und einer hohen Beschleunigung. Herkömmliche Raketen haben respektable Beschleunigungen, aber nicht schnell genug Abgasgeschwindigkeiten, damit ihre Delta-Vs sehr hoch sind, was ihre Reichweite einschränkt. Moderne Ionenmotoren und Hall-Triebwerke haben bemerkenswerte Delta-V-Potentiale, aber ihre Beschleunigungen sind unglaublich langsam, was sie in einer Kampfsituation verwundbar macht. Eine Art futuristisches Antriebssystem, wie eine spaltgetriebene Rakete, wäre am besten für den Weltraumkampf geeignet.

Unser Schiff wird auch eine hohe Stromquelle benötigen, die weitaus höher ist als die Leistung von Sonnenkollektoren oder RTGs. Um ein Schlachtschiff mit genügend Leistung zu versorgen, um all diese fortschrittlichen Subsysteme zu unterstützen, wäre wahrscheinlich ein Spaltreaktor erforderlich, der durch ein fortschrittliches Wärmesteuerungssystem und Heizkörper gekühlt wird. Unser Schiff verfügt jetzt über die Defensivtechnologie, um sich vor einem feindlichen Angriff zu schützen und zu manövrieren, aber es fehlt ein offensives Kraftpaket. Wir brauchen ausgefallene Weltraumwaffen!

Hier ist eine Innenansicht mit zusätzlichen Heizkörpern zur Wärmeextraktion. Von oben haben wir 2 Besatzungsmodule, 2 Deuteriumbrennstofftanks, einen Spaltreaktor und eine Deuteriumraketendüse.

Die Waffen

Laden Sie die Phaser, Photonentorpedos und Antimaterie-Sprengköpfe auf! Okay, nicht ganz, aber wir müssen schnell einige Waffen heraufbeschwören, da die außerirdische Flotte bereits den Saturn erreicht hat und ihre Ringe abbaut! Schießpulver ist zu schwer, um eine nützliche Menge mit ins All zu bringen, aber wir haben andere Möglichkeiten, ein Projektil durch den Weltraum zu treiben. Eine ideale Lösung sind magnetische Railguns, die mit starken Magnetfeldern massive Metallgeschosse mit extremen Geschwindigkeiten aus einer Kanone abfeuern. Obwohl es veraltet zu sein scheint, ein festes Projektil in einer Weltraumschlacht einzusetzen, ist es wichtig zu berücksichtigen, dass ein 1 kg schweres Projektil, das mit 5 km / s abgefeuert wird, mehr Energie freisetzt als 13 Toyota Camry, die mit Autobahngeschwindigkeit gegen eine feste Wand schlagen. Wenn das das Raumschiff Ihres Feindes dadurch nicht beeinträchtigt, ist es wahrscheinlich zu schwer, um sich zu bewegen.

Die Railgun der US Navy, die sich nicht im Weltraum befindet. Es kann ein Projektil mit über 2 km / s abfeuern, was ziemlich schnell ist.

Eine weitere Option für Weltraumwaffen sind Laser. Wenn Sie genug Energie in einen Laser pumpen und die Wellenlänge dieses Lichts so einstellen, dass sie mit der Absorptionswellenlänge der Rumpfmaterialien Ihres Gegners übereinstimmt, können Sie theoretisch ein Loch direkt durch das Schiff schmelzen. Es wäre nicht so herrlich wie ein Phaser, weil das Licht eines Lasers für einen Betrachter unsichtbar wäre, wenn es durch das Vakuum des Weltraums wanderte, aber es wäre vielleicht effektiver, da ein Gegner einem Laserstrahl nicht ausweichen könnte ( Es gibt keine Möglichkeit, es kommen zu sehen, weil ein Laser Licht ist. Andere Brute-Force-Waffen wie Atomwaffen und kinetische Raketen könnten von Raumschiffen auf eigenes Risiko eingesetzt werden, diese Waffen an Bord zu tragen.

Das Rendezvous

Okay, die außerirdische Flotte hat angehalten, um bei Jupiter zu tanken, und wir wollen nicht, dass der Kampf über der Erde stattfindet, weil Trümmer und dergleichen fallen. Wir haben unsere eigene Flotte schwer gepanzerter, langer Zylinder gebaut, die mit Lasern und Railguns ausgestattet sind, die von Spaltreaktoren angetrieben werden, und wir planen ein Rendezvous mit der außerirdischen Flotte im Orbit über dem Mars. Wenn unsere Flotte einfach die Nase zum Mars zeigte und schrie: „Mr. Laforge; engagieren!" wir würden nicht sehr weit kommen. Dies liegt an der Orbitaldynamik. Nichts im Weltraum ist stationär. Eine Flotte von Schiffen umkreist die Erde und hat bereits eine Geschwindigkeit in Richtung ihrer Umlaufbahn. Der Versuch, eine andere Richtung zu starten, ist wie der Versuch, jemanden mit einem Ball aus einem fahrenden Auto zu schlagen. du musst den Ball früh werfen.

Ebenso starten Schiffe zum Mars, indem sie ihrer Umlaufbahn früher zusätzliche Geschwindigkeit hinzufügen, sodass sich ihre Umlaufbahnen wie eine Ellipse verlängern. Wenn Sie einer Umlaufbahn genügend zusätzliche Geschwindigkeit zuweisen, wird die Ellipse so lang, dass sie sich tatsächlich von der Umlaufbahn löst. Sobald sich ein Schiff von der Erdumlaufbahn gelöst hat, kann es die Geschwindigkeit erhöhen, um seine Umlaufbahn um die Sonne zu verzerren, bis sich die am weitesten entfernte Seite der Ellipse, das Aphel, in der Entfernung der Marsumlaufbahn befindet. Das Schiff muss auch sicherstellen, dass der Mars bei einem solchen Manöver am Aphel ist, sonst hat er nichts zu umkreisen, wenn er dort ankommt. Anders als in der Science-Fiction erfordert das Manövrieren im Weltraum nur wenige Motorstöße in Schlüsselmomenten, um Ihr gewünschtes Ziel zu erreichen. Wenn Sie Ihre Triebwerke endlos abfeuern, werden Sie aus dem Sonnensystem entfernt!

Schiffe, die von der Erde zum Mond fahren, müssen ihre Motoren hinter der Erde in Bezug auf den Mond einschalten, damit sich ihre Umlaufbahnen verlängern, um den Mond auf der anderen Seite zu erreichen.

Sobald wir auf dem Mars sind, muss unsere Flotte mit der Umlaufbahn der außerirdischen Flotte übereinstimmen. Im Gegensatz zum Rendezvous für Kriegsschiffe auf See ist dies eine viel größere Herausforderung, als es den Anschein hat. Dazu müssen Sie die genauen Umlaufbahnmerkmale Ihres Gegners kennen und einen Kurs von Ihrer aktuellen Umlaufbahn aus planen, um dessen zu treffen, während Sie im Kreis um einen Planeten fliegen. Diese Berechnungen wären für einen Menschen wahrscheinlich nahezu unmöglich, rechtzeitig durchzuführen, und würden mit ziemlicher Sicherheit von Computern durchgeführt.

Ein kleiner Vorgeschmack darauf, wie komplex passende Bahnen sein können. Die blaue Linie auf dem Weg meiner Flotte und der rote Diamant sind die feindliche Flotte.

Der Kampf

Schließlich haben wir einen Abfangkurs geplant, der der Umlaufbahn der außerirdischen Flotte entspricht. Sie befinden sich in einem Bereich, in dem unsere Railguns genau genug sind, um ihre Schiffe mit einer angemessenen Geschwindigkeit zu treffen, und unsere Laser können konzentriert genug sein, um ihre Rümpfe abzutragen. Wiederum können wir jedoch nicht direkt auf die außerirdischen Schiffe schießen, da die Orbitaldynamik unsere Projektile weit vom Kurs abbringen würde (außer bei Lasern. Feuer weg!). Alle Railguns wären gezwungen, sich an die Geschwindigkeit unseres Schiffes, die Geschwindigkeit des außerirdischen Schiffes und die Schwerkraft des Mars anzupassen, um stetige Treffer auf dem Zielschiff zu landen. Schussmuster würden gekrümmt erscheinen, da die auf das feindliche Schiff treffenden Projektile vor einigen Sekunden abgefeuert worden wären, als sich unser Schiff an einem anderen Ort befand. Raketen und Atomwaffen könnten etwas vielseitiger sein und mithilfe von Treibstoff und fortschrittlichen Verfolgungssystemen komplexere Umlaufbahnen zum Ziel führen.

Eine Darstellung, wie Projektilpfade aufgrund unterschiedlicher Umlaufbahnmerkmale gekrümmt erscheinen. Aufzählungszeichen werden hier durch eine Einstellung im Spiel sichtbar gemacht.

Im Gegensatz zu dem, was Sie in einem Science-Fiction-Kampf sehen würden, würden sich diese Schiffe wahrscheinlich nie sehen. Abgesehen von der Tatsache, dass Sie wahrscheinlich keine Fenster auf ein Raumschiff setzen würden, das in die Schlacht zieht, muss sich Ihr Gegner möglicherweise nie innerhalb von 100 Kilometern von Ihnen befinden, um besiegt zu werden. Ein paar wichtige Einstiche an einem Kühler könnten den Spaltreaktor Ihres Gegners außer Betrieb setzen und jegliche Kraft für Waffen oder Antriebssysteme verlieren. Ebenso können ein paar Löcher in einem Besatzungsmodul irreparabel sein, was dazu führt, dass die Besatzung erstickt und die tote Hülle des Fahrzeugs weiterhin ungestört um den Planeten kreist. Sehr wenige Umstände würden tatsächlich die totale Zerstörung eines Raumfahrzeugs im realen Weltraumkrieg verursachen.

Für eine menschliche Besatzung wären diese Schlachten höchstwahrscheinlich furchterregend. Mit nichts als Sensoren hätte eine Besatzung keine Möglichkeit, die äußere Situation zu beurteilen. Feindliche Schiffe, Projektile und Raketen wären wahrscheinlich zu klein, um sie zu sehen, bevor sie sich in unmittelbarer Nähe befanden. Projektile schlugen wie ein tödlicher Hagel auf den Außenrumpf ein, wobei jeder genauso wahrscheinlich wie der nächste den Rumpf durchbohrte und das Ende der Schlacht markierte. Eine schnelle Dekompression eines lebenden Moduls wäre wahrscheinlich der Grund für eine Niederlage oder möglicherweise einen Zusammenbruch des Spaltreaktors aufgrund einer Störung des Wärmekontrollsystems. In jedem Fall wäre das Ende einer Weltraumschlacht für die unterlegene Besatzung keine angenehme Erfahrung.

Ich ziele gerne auf Heizkörper, weil sie riesig und zerbrechlich sind und alles von ihnen abhängt. Ohne Heizkörper können keine Stromversorgungssysteme eines Raumfahrzeugs funktionieren.

Viele Schlachten würden in einer Pattsituation enden, da möglicherweise noch Hunderte von Projektilgeschossen vom gegnerischen Schiff leben, selbst nachdem ihre Besatzung getötet oder ihr Reaktor aufgehoben wurde. Diese Runden würden das siegreiche Schiff noch einige Sekunden, vielleicht sogar Minuten lang treffen, bevor der Kugelstrom seinen Lauf bis zur Vollendung durchläuft. Selbst wenn die Besatzung des siegreichen Schiffs den Angriff überlebt, ist der Weltraum eine unversöhnliche Umgebung, in der man festsitzen kann. Wenn eines der großen Systeme in irgendeiner Weise beschädigt ist, kann es unmöglich sein, sie ohne Zugang zu den Ressourcen der Erde zu reparieren.

Fazit

Mit allen Waffen, die auf der Alien-Invasionsflotte trainiert sind, scheint eine tödliche Weltraumschlacht im Orbit um den Mars unvermeidlich. Bei der Kommunikation mit den Außerirdischen stellt sich jedoch heraus, dass sie bei Sirius falsch abgebogen sind und im falschen Sternensystem gelandet sind. Es ist auch eine gute Sache, denn im Gegensatz zu Science-Fiction wäre echte Weltraumkriegsführung keine lustige Sache. Obwohl ich die unzähligen schönen Hollywood-Science-Fiction-Schlachten nicht gegen eine andere Darstellung der Weltraumkriegsführung eintauschen würde, sollte ein zukünftiger Mensch keinen echten Weltraumkampf ertragen müssen. Hoffentlich bleibt unser Bestreben nach den Sternen friedlicher und erforschender Natur. Oh, und wenn die Außerirdischen zurückkommen und nach ihren verlegten Kraftstofftanks suchen, haben wir sie überhaupt nicht.