Die wahre Physik der Weltraumschlachten

Am Rande unseres Sonnensystems wurde eine außerirdische Invasionsflotte identifiziert, um die gesamte Menschheit, wie wir sie kennen, zu töten! Es klingt wie eine Perspektive direkt aus der Science-Fiction, aber die Drake-Gleichung hat gezeigt, dass reichlich vorhandenes, weltraumtaugliches Leben in unserer Galaxie nicht so selten ist, wie wir glauben müssen. und wer hat jemals gesagt, dass sie freundlich sind? Sogar der renommierte Physiker Stephen Hawking warnte uns davor, einen ersten Kontakt mit einer fortgeschrittenen, wohlwollenden oder anderweitigen Alienrasse aufzunehmen, und verglich diese Wechselwirkung mit der Einführung westlicher Siedler in die amerikanischen Ureinwohner im 15. Jahrhundert. Für diejenigen, die sich nicht an ihren Highschool-Geschichtsunterricht erinnern, war eine solche Einführung für die Eingeborenen nicht gut.

Der Weltraumkrieg würde sich erheblich von dem unterscheiden, was wir in Hollywoods Science-Fiction-Meisterwerken gesehen haben. Fernsehshows und Filme wie Star Trek, Star Wars, Battlestar Galactica und Babylon 5 zeigen riesige Schlachten von Hunderten von Raumschiffen in unmittelbarer Nähe, manövrieren sich gegenseitig und schießen leuchtende Energiestrahlen und Projektile auf ihre Feinde. Diese CGI-Weltraumschlachten, die eine Generation von Science-Fiction-Liebhabern inspiriert haben, sind zwar wunderschön, aber weit entfernt von dem, was man in einem Kampf zwischen gegnerischen Weltraumflotten wirklich sehen würde.

Eine chaotische, explosive Szene aus Battlestar Galactica (2004), die Quelle der zweifellos größten Science-Fiction-Schlachten, die es bisher gab.

Wenn jemals ein echter Weltraumkampf stattfinden würde, müsste er gemäß den Gesetzen der Physik und der Orbitalmechanik stattfinden. Raumfahrzeugdesigns sind möglicherweise nicht so elegant, wie sie in einem JJ Abrams-Film zu sehen sind, und die Waffen dieser Schiffe sind möglicherweise nicht annähernd so auffällig oder hell. In einem Gravitationsfeld müssen die Manöver sorgfältig geplant werden, damit ein Rendezvous mit einem feindlichen Fahrzeug überhaupt stattfinden kann. Einmal im Kampf, würde die Dynamik der Umlaufbahn nicht nur die Flugbahnen der Raumschiffe, sondern auch deren Projektile antreiben. Nichts in einer Weltraumschlacht wäre unkompliziert.

Das Schiff

Okay, drei Laternen im Kirchturm; Die Außerirdischen kommen aus dem All 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 niedrig und damit Ihre Beschleunigung und Delta-V (im Grunde Ihre Reichweite) hoch zu halten. Lautstärkemäßig ist die effizienteste Form eine Kugel, aber bei Death Star-Liebhabern gibt es einen Haken. Wir befinden uns im Krieg und eine Kugel (mit einem kreisförmigen Querschnitt von allen Seiten) ist buchstäblich das am leichtesten zu treffende Ziel. Für ein Gleichgewicht zwischen geringer Masse und kleiner Querschnittsfläche reicht ein langer, schlanker Zylinder aus. Dieser Zylinder ist Ihre Rüstung und sollte aus sehr starken Metallen mit hohen Schmelzpunkten bestehen, um Einstiche oder Ablation zu vermeiden.

Dieses von mir geliebte Spiel namens

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

Ein Raumschlachtschiff erfordert ein Antriebssystem mit einem hohen Delta-V und einer hohen Beschleunigung. Herkömmliche Raketen haben beachtliche Beschleunigungen, aber nicht schnell genug, damit ihre Delta-Vs sehr hoch sind, was ihre Reichweite einschränkt. Moderne Ionentriebwerke und Hall-Triebwerke haben bemerkenswerte Delta-V-Potentiale, aber ihre Beschleunigungen sind unglaublich langsam, was sie in einer Kampfsituation verwundbar macht. Irgendeine Form eines futuristischen Antriebssystems, wie zum Beispiel eine spaltungsgetriebene Rakete, wäre am besten für Weltraumkämpfe geeignet.

Unser Schiff wird auch eine hohe Energiequelle benötigen, die weit über der Leistung von Sonnenkollektoren oder RTGs liegt. Um ein Schlachtschiff mit genügend Leistung für alle diese fortschrittlichen Subsysteme zu versorgen, wäre wahrscheinlich ein Spaltreaktor erforderlich, der durch ein fortschrittliches Wärmesteuerungssystem und Radiatoren gekühlt wird. Unser Schiff verfügt nun über die Verteidigungs-Technologie, um sich vor feindlichen Angriffen zu schützen und zu manövrieren, aber es fehlt ein offensives Kraftpaket. Wir werden einige ausgefallene Weltraumwaffen brauchen!

Hier ist eine interne Ansicht mit zusätzlichen Heizkörpern für die Wärmeauskopplung. Von oben haben wir 2 Besatzungsmodule, 2 Deuterium-Brennstofftanks, einen Spaltreaktor und eine Deuterium-Raketendüse.

Die Waffen

Laden Sie die Phaser, Photonentorpedos und Antimaterie-Sprengköpfe auf! Okay, nicht ganz, aber wir werden schnell Waffen heraufbeschwören müssen, weil die außerirdische Flotte bereits Saturn erreicht hat und ihre Ringe abbaut! Schießpulver ist zu schwer, um eine nützliche Menge mit ins All zu bringen, aber wir haben andere Optionen, um ein Projektil durch den Weltraum zu befördern. Eine ideale Lösung sind magnetische Railguns, die mit starken Magnetfeldern massive Metallgeschosse aus einer Kanone mit extremen Geschwindigkeiten abfeuern. Obwohl es veraltet erscheint, ein festes Projektil in einer Weltraumschlacht einzusetzen, ist zu berücksichtigen, dass ein 1 kg schweres Projektil, das mit 5 km / s abgefeuert wird, mehr Energie freisetzt als 13 Toyota Camry, die bei Autobahngeschwindigkeit auf eine feste Mauer treffen. Wenn dies die Raumsonde Ihres Feindes nicht beschädigt, ist sie wahrscheinlich zu schwer, um sie 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 dessen Schiff schmelzen. Es wäre nicht so herrlich wie ein Phaser, weil das Licht eines Lasers für einen Betrachter auf seinem Weg durch das Vakuum des Weltraums unsichtbar wäre, aber es wäre vielleicht effektiver, da ein Gegner einem Laserstrahl nicht ausweichen könnte ( es gäbe keine Möglichkeit, dies zu sehen, da 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 auf Jupiter zu tanken, und wir möchten nicht, dass die Schlacht über der Erde stattfindet, weil Trümmer und ähnliches herunterfallen. Wir haben unsere eigene Flotte von schwer gepanzerten, langen Zylindern 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 nur mit der Nase auf den Mars zeigte und schrie: „Mr. Laforge; engagieren! "würden wir nicht sehr weit kommen. Dies liegt an der Dynamik der Umlaufbahn. Nichts im Raum ist stationär. Wenn eine Flotte von Schiffen die Erde umkreist, hat sie bereits eine Geschwindigkeit in Richtung ihrer Umlaufbahn, und der Versuch, eine andere Richtung einzuschlagen, gleicht dem Versuch, jemanden mit einem Ball aus einem fahrenden Auto zu schlagen. du musst den Ball früh werfen.

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

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

Sobald wir auf dem Mars sind, muss unsere Flotte mit der Umlaufbahn der Alienflotte übereinstimmen. Im Gegensatz zu einem Seekriegsschiff-Rendezvous ist dies eine weitaus größere Herausforderung, als es den Anschein hat. Es erfordert, dass Sie die genauen Umlaufbahnmerkmale Ihres Gegners kennen und einen Kurs aus Ihrer aktuellen Umlaufbahn zeichnen, um dessen zu entsprechen, während Sie im Kreis um einen Planeten fliegen. Diese Berechnungen wären für einen Menschen wahrscheinlich so gut wie unmöglich, und würden mit ziemlicher Sicherheit von Computern durchgeführt.

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

Der Kampf

Schließlich haben wir einen Abfangkurs geplant, der der Umlaufbahn der Alienflotte 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 so konzentriert sein, dass ihre Rümpfe abgetragen werden. Wieder können wir jedoch nicht direkt auf die Alienschiffe feuern, da die Dynamik der Umlaufbahn 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 konstante Treffer auf das Zielschiff zu landen. Die Schussmuster würden gekrümmt erscheinen, da die Geschosse, die auf das feindliche Schiff treffen, 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 in Richtung des Ziels schnitzen.

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 kein Raumschiff anvisieren würden, das in den Kampf zieht, muss sich Ihr Gegner möglicherweise nie in einem Umkreis von 100 Kilometern von Ihnen befinden, um besiegt zu werden. Ein paar wichtige Reparaturen an einem Kühler können den Spaltungsreaktor Ihres Gegners außer Betrieb setzen und jeglichen Waffen- oder Antriebssystemen die Energie entziehen. Ebenso können einige Löcher in einem Crew-Modul irreparabel sein, was dazu führt, dass die Crew erstickt und die tote Hülle des Fahrzeugs 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 Kämpfe höchstwahrscheinlich furchterregend. Ohne Sensoren hätte eine Besatzung keine Möglichkeit, die äußere Situation einzuschätzen. Feindliche Schiffe, Projektile und Raketen wären wahrscheinlich zu klein, um sie zu sehen, bevor sie in die Nähe gelangen. Geschosse schlugen wie ein tödlicher Hagel auf den Außenrumpf ein, wobei jedes Geschoss genauso wahrscheinlich wie das nächste den Rumpf durchbohrte und das Ende der Schlacht markierte. Eine rasche Dekompression eines lebenden Moduls wäre wahrscheinlich der Schuldige einer Niederlage oder möglicherweise eines Zusammenbruchs des Spaltreaktors aufgrund einer Störung des thermischen Regelsystems. In jedem Fall wäre das Ende eines Weltraumkampfes für die unterlegene Besatzung keine angenehme Erfahrung.

Ich mag es, auf Heizkörper abzuzielen, weil sie riesig und gebrechlich sind und alles von ihnen abhängt. Ohne Radiatoren können keine Stromversorgungssysteme eines Raumfahrzeugs funktionieren.

Viele Schlachten würden in einer Pattsituation enden, da möglicherweise noch Hunderte von Projektilrunden vom gegnerischen Schiff entfernt sind, selbst wenn die Besatzung getötet oder der Reaktor ausgefallen ist. Diese Runden würden das siegreiche Schiff noch einige Sekunden, vielleicht sogar Minuten lang, treffen, bevor der Kugelstrom seinen Lauf bis zum Ende durchläuft. Selbst wenn die Besatzung des siegreichen Schiffes den Angriff überlebt, ist der Weltraum eine unversöhnliche Umgebung, in der man festsitzen kann. Wenn eines der wichtigsten Systeme in irgendeiner Weise beschädigt ist, kann es unmöglich sein, sie zu reparieren, ohne Zugang zu den Ressourcen der Erde zu haben.

Fazit

Da alle Geschütze auf der Alien-Invasionsflotte trainiert sind, scheint ein tödlicher Weltraumkampf im Orbit um den Mars unvermeidlich. Bei der Kommunikation mit den Außerirdischen stellte sich jedoch heraus, dass sie bei Sirius falsch abgebogen und im falschen Sternensystem gelandet waren. Es ist auch eine gute Sache, denn entgegen dem, was Science-Fiction dargestellt hat, wäre echte Weltraumkriegsführung keine lustige Sache. Obwohl ich die unzähligen schönen Hollywood-Science-Fiction-Kämpfe nicht gegen andere Darstellungen von Weltraumkrieg eintauschen würde, sollte ein zukünftiger Mensch keinen echten Weltraumkampf erdulden müssen. Hoffentlich bleibt unser Streben nach den Sternen friedlich und erforschend. Oh, und wenn die Außerirdischen zurückkommen und nach ihren verlegten Treibstofftanks suchen, haben wir sie überhaupt nicht.