Na Palbě.cz jsem našel tenhle článek...
Pohyb
hlavní problém veškerých vesmírných technologí je doprava. Obrovské vzdálenosti vyžadují vysoké rychlosti, což ale ve skutečnosti představuje nejmenší problém, protože díky nulovému odporu není třeba vynakládat žádné další prostředky na udržení rychlosti. Naopak zásadním problém představuje změna rychlosti (ať už zrychlení nebo zbrždění) nebo obecněji změna dráhy v gravitačním poli.
Z toho důvodu je v prvé řadě třeba využívat samovolné kosmické dynamiky (např. tzv. gravitační katapůltáž) a minimalizovat potřebu explicitních změn dráhy pomocí motorů. Ve vesmírném válečnicví je tedy třeba uvážit pohyb kosmických lodí po předem promyšlených drahách respektujících a využívajících gravitační působení kosmických těles při svých manévrech. Toto je možné uvažovat v analogii námořních bitev plachetnic respekujících vítr případně tvar pobřeží. Není rozumná představa ala startrek nebo hvězdné války, kdy bojující lodě svévolně manévrují ve volném vesmíru (daleko od planet) jako stihačky při dog-fightu Usměv. Dráhy bojujících lodí jsou naopak po dlouhou dobu do značné míry determinovány, a možnost volby (bifurkace drah) je možná především v diskrétních oknech, při vhodné vzájemné konstelaci těles a kurzu. Jelikož je pohyb lodí takto omezený, probíhá i samotný boj (vzájemné ostřelování) také především v krátkých vzácných "oknech" při vhodných vzájemných polohách a kurzech.
Pohon
Zásadní pro pohon kosmických lodí je zákon zachování hybnosti. Jestliže loď má získat hybnost v určitém směru musí tuto hybnost ptředat na jiné hmotné médium které tak získá stejnou hybnost ve směru opačném. Jelikož p=m*v, může loď získat vysokou rychlost buďto urychlením malého množsví hmoty na vysokou rychlost, nebo urychlením velkého množsví hmoty na malou rychlost. Jelikož E~m*v^2 je výrazně energeticky výhodnější druhá možnost. Loď pochopitelně nemůže nést příliž velké zásoby reaktivního média (např. raketového paliva), proto v raketové technice je přez energetickou nevýhodnost snaha zvyšovat výtokovou rychlost motorů (urychlovat malé množsví látky na velkou rychlost). Jediný rozumný způsob jak může získat loď rychlost energeticky efektivním způsobem je vyměňovat hybnost s jiným tělesem. Mezi tyto možnosti patří
1) Akcelerační dráha (maglev, kanon) pevně spojená se masivním kosmickým tělesem (asteroid, měsíc pokudmožno bez atmosfery)
2) Interakce s magentickým polem planet (možné jen u Země nebo Jupiteru, a i zde jsou intenzity pole příliž malé pro smysluplné využití)
3) Solární plachtění ať už na bazi světla (zrcadlo) nebo slunečního větru (magnetická/plazmová "plachta")
Všechny tyto možnosti jsou buť extrémě málo výkoné nebo extrémě neflexibilní, nepohotové, a zranitelné a tedy zcela nevhodné pro vojenské aplikace a manévrovaný boj.
Reaktivní pohon
Z toho důvodu je smysluplné uvažovat že kosmické lodi musejí být poháněny především reaktivním pohonem (tryskou). Nemá naprosto smysl uvažovat chemické raketové motory, jelikož zde je poměr hmotnosti užitečného nákladu a palviva desítky i stovky na jedenu změnu rychlosti o ~kosmickou rychlost (tento poměr roste exponenciálně). Pro rozumný manévrovaný boj ve vesmíru jsou nezbytné výtokové rychlosti v řádech desítek a stovek km/s. Tyto výtokové rychlosti jsou dnes sice schopné poskytnout různé druhy elektricky napájených iontových motorů, ale poměr ceny, hmotnosti a spotřeby ušlechtilé elektrické energie k tahu je činí naprosto nepoužitelné jako hlavní pohonné jednotky plnohodnotené bojové kosmické lodě.
Jako primární zdroj energie trysky s vysokým specifickým impulzem principielně nemůže sloužit ušlechtilá elektrická energie, kterou je třeba vyrábět v rozměrných generátorech. Zároveň jako primární zdroj energie nemůže sloužit chemické palivo.
Prakticky jako jediná možnost vychází Jaredná reakce (ať už štěpení nebo fůze) probíhající při teplotách kdy střední rychlost částic odpovídá požadované výtokové rychlosti. To defakto znanamená trysku v podobě otevřeného jaderného reaktoru z něhož přímo unikají štěpené produkty (ve vesmírném prostoru a v totální válce nepředstavuje související radiace vážnější problém). Pochopitelně při daných teplotách musí být jaderný materiál udržován při dostatečné hustotě elektromagneticky. Pro vysoké výtokové rychlosti se zdá mnohem realističtější fuze než štěpení, protože hustota uranové nebo plutoniové plazmy při dosažitelných intenzitách pole (v řádech jednotek max desítek tesla) je příliž malá pro udržení řetězové reakce. Jediným řešením by mohlo být usměrňování vyletujících fragmentů jader z hustého pevného jádra reaktoru, které by ovšem muselo být intenzivně chlazeno. Takové chalzení je však nezvládnutelné. Právě potřebná velikost výkonu reaktorové trysky a jí úměrné požadavky na chlazení jsou nejzásadnějším limitujícím faktorem omezujícím tah jaderného motoru. Je pravděpodobné, že bude muset být volen kompromis - pro pozvolnou palivově úspornou akceleraci bude magnetická klapka reaktoru přivřená a bude vypouštět malé množsví rychlých částic (~100-1000km/s), zatímco pro prudší bojové manévry bude otvřená, resp. bude do výtokové plazmy přimícháváno chladné hmotné medium čímž při výtokových rychlostech (~10km/s) prudce vzroste tah na jednotku výkonu, ale také klesne specifický impulz, a tedy spotřeba paliva vzroste natolik, že během těchto krátkých bojových okamžiků může loď spotřebovat většinu svého paliva během několika minut. (extremni after-burner jako u stihaček Usměv
Dá se snad uvažovat i o nejaderné podobně podobné trysky, kde by byla energie získávána obrovský např. parabolickým zrcadlem. Vzhledem k tomu že pracovní medium by muselo být tak jako tak drženo stejným magnetickým ústrojím, a k nízkým cenám termojaderného paliva, však takové řešení nemá příliž opodstatnění, s ohledem na nemotornost a zranitelnost světlozběrné soustavy, a závislost na přímém slunečním osvětlení.
Požadavky a problémy
V uvažované době se dá očekávat enormní vyspělost avioniky a elektroniky, připadně umělé inteligence, proto nemá asi smysl příliš řešit problémy jako rozpoznání cíle, zaměření, výpočet dráhy projektilu resp. navedení na cíl. Smysl má uvažovat základní fyzikální omezení, které jsou platné tehdy stejně jako nyní.
Kosmická střelba bude pravděpodobně vedena na extrémní vzdálenosti desítek až stovek tisíc kilometrů (průměr země, geostacionární dráhy, vzdálenost země-měsíc). Na tyto vzdálenosti je zásadním limitujícím faktorem doba letu projektilu, divergence svazku (laseru, případně částicového). Diskutujme proto jednotlivé typy zbraní zvažované v rámci pragramu hvězdných válek (SDI) v USA za studené války a některé další analogické.
LASERY
Laserový svazek na velké vzdálenosti si není možné představovat jako přímku (optět jako ve startkeku nebo hvězdných válkách). Zákony difrakce říkají, že tvar každého paprsku omezeného průřezu se bude rozšiřovat od určitého minimálního ohnizka (tzv. numerické apertury) pod určitým minimálním úhlem. Čím na větší vzdálenost chceme střílet a čím chceme v této vzdálenosti fokusovat menší ohnizko, tím širší musí být apertura našeho laseru resp. teleskopu kterým laser promítáme. Z Reighliova vztahu si lze udělat představu o rozměru.
minimální_apertura_děla [m] = vzdálenost [1000 km]*vlnová_délka [micron]
Proto jsou také talíře radarů mnohem větší, než dalekohledy. A vesmírné delekohledy mnohem větší než puškohledy. Laser se řídí stejnými zákonitosmi
Mnohem větším problémem vojenského nasazení laserů vůbec je jeho buzení a kvalita procovního media. Většina laserů pracuje je za velice spacifických (ústkostlivě a nákladně nastavovaných) podmínek a i tak s malou účiností a výkonem. Poměr hmotnosti k energii pulzu nebo kontinuálnímu výkonu je často žalostný. Pevnolátkové lasery používaný ve vysokovýkonových projektech jako NIF, nebo Les Megajoules Laser jsou pro vojenské a zvlášť vesmírné aplikace nepoužitelné kvůli obrovské hmotnosti na Joule energie pulzu. Jako lazery které připadají ve vesmírném boji v úvahu patří:
Plynové lasery buzené výbojem - technologie je zvládnutá, účinosti slušné, plyn lehký, jen je nepředstavitelné jak budit výboje potřebné k rozumnému válečnému použití.
chemické lasery - dokážou do svého aktivního prostředí předakumulovat dost energie v chemické formě, proto se snimi počítá prakticky ve všach pozemských laserových vojenských projektech. Problém ve vesmíru je ten, že bychom musely vyřešit uzavřený cyklus pracovních chemikálií, v opačném případě by byl problém stejný jako s chemickým palicem (příliž těžké).
Lasery s volnými elektrony (nebo jinými nabitými částicemi) - narozdíl od běžných laserů nepracují s vázanými kvantovými stavy elektronů v látce ale s přímým vyzařováním urychlovaného náboje. Problémem je, že potřebujeme elektrony s relativistyckými rychlostmi (tj. urchylovač jako CERN). S trochou snahy by se ale snad daly získat dosatečné toky rychlých elektronů přímo z radiaktivního beta-záření z reaktorové trysky.
Lasery s nerovnovážnou plazmou - laser pro svou funkci potřebuje tzv. inverzi populace stavů která je záležitostí nerovnovážných dějů - tzn. musíme např. pracovní medium zahřát a pak ochlazovat tak rychle, že se některé energeticky bohaté stavy nestačí vyprazdňovat. Lasery s nerovnovážnou plazmou jsou dnes buzeny nejčastěji explozí tenkého drátku do kterého se prudce pustí proud v řádech kilo-amper nebo zásahem velmi výkoného pulzního laseru na kovový povrch. Taková nerovnovážná plazma ale také vzniká při jaderném výbuchu. V USA jsou zdokumnevány jak návrhy (i přímo od Edwarda Tellera) tak experimenty (v rámci podzemních testů jaderných pum) buzení laserů jaderným výbychem. Takový laser měl podobu drátu (zinek, wolfram) v plášti jaderné nálože, který byl vystaven jak radiačnímu ohřevu od výbuchu, tak pravděpodobně elektromagnetické indukci elektromagnetohydrodynamikou expandující plazmy.
V neposlední řadě by se taková nerovnovážná plazma dala čerpat přímo z jaderné trysky (pouze by se muselo zajistit dost rychle chladnutí, protože tlak rekatorové plazmy není tak velký aby chladla explozivní expanzí jako v předešlých případech). Teoreticky by mohlo být možné budit laserové záření přímo ve výtokových plynech trysky.
Obrana před lasery
Velký problém laserů představuje především relativně snadná obrana.
Dielektrické zrcadla dosahují obrovské odraziovsti (neco jako 0.9999 - tj. pohltí jen desetinu promile světla) v kolmém odrazu, přitom mohou mít podobu tenké folie zanedbatelné hmotnosti. Smysluplný laserový zásah tedy musí být tak intenzivní, aby dosáhl elektrického průrazu dielektrika. Plošná intenzita však může být snadno zredukována skloněním zrcadla pod malým (kosým úhlem).
Dokonce i v případě že se podaří průrazu zrcadla/štítu dosáhnout, působí laserový pulz velice neefektivně. Obvykle intenzivně zahřívá povrchové vrstvy, které se navíc často stíní oblakem vzniklé plazmy.
Řešením mnoha těchto problémů je používání laserového záření s lepšími absorbčními vlastnostmi, buď resonujícími s materiálem zrcadel, nebo naopak s větší hloubkou průniku štíty i plazmou (např. rentgenové). Lasery na těchto specifických vlnových délkách jsou však obtížněji konstruovatelné. Platí že účinost šťítu dramaticky záleží na laseru, naopak. Pro každý laser by mohl být navržen optimální materiál šťítu a naopak pro daný šťít použit určitý typ laseru, který ho překonává s minimálními problémy / s maximálním účinkem na cíl, rozdíly dané takoviu optimalizací jsou o několik řádů, proto se dá předpokládat že se bude používat širší pleta laserů i štítů.
Částicové paprsky
Ačkoli particle-canon nebo ion-beam-destruptor zní sexy, není tato technologie prakticky příliš vojensky užitečná. Předně nabité částice divergijí podstatně více než laserové záření (vzdájemně se odpuzují). Ze stejného důvodu je možné se proti tomuto záření relativně snadno bránit odkláněním elektromagnetickým polem, případně i šťíty jelikož interakce nabitých částic s látkou je obvykle až příliž vysoká (nízká hloubka průniku). Navíc urychlovače opět využívají příkon elektrické energie, a dostatečný příkon v okamžiku výstřelu představuje opět obligátní problém.
Výhodné by byly elektricky neutrální paplsky atomů nebo neutronů, pro ně však neexistují dostatečně výkoné způsoby generování intenzivních pulzů a metody fokusace či zaměření jsou velice problematické.
Gauss Kanon a projektily
Pravděpodobně nejúčinější zbraň ve vesmíru budou staré dobré pevné kinetické projektily jako za doby kamené Usměv. Ty poskutyjí nejlepší účinek v cíli a nulovou divergenci.
Limitujícím faktorem je zde doba letu. Je třeba zajistit aby doletěly k vzdálenému cíli dříve, než ten stačí změnit rychlost v nepředvidatelném směru (protože předvidatelný např. setrvačný pohyb balistický počítač zohlední) dostatečně na to aby se vyhnul.
Proto je třeba buťo uvažovat palbu na krátké vzdálenosti většího množství projektilů (to je možné např. při vzájemném čelním střetu znepřátelených lodí, kdy je vzájemná rychlost dostatečná, aby projektyly mohly být pomalé).
V jiných příápadech (tj. boj na větší vzdálenost) je třeba, aby byly rychlosti projektilů extrémně vysoké (~100km/s), aby překonaly vzdálenost k cíli v řádech desítek sekund, za kterou se i velice rozměrná a těžce reaktivním motorem manévrující loď stačí vychílit z předpokládané pozice v okamžiku výstřelu.
Tyto extrémní rychlosti vyžadují extrémně dlouhé akcelerátory (desítky kilometrů) a velmi lehké projektily (gramy, desetiny gramu) kvůli limitnímu zatížení materiálu projektilu i akcelerátoru (~1-10GPa) při použití nejpevnějších představitelných materiálů (grafitove vlákna, diamant, monokrystaly kovu, uhlíkové nanotrubice). Pevnost materiálů není možné principialně zvyšovat příliž za tuto mez, protože to je limit pevnosti samotných kovalentních vazeb.
Obrana před vysokorychlostními projektily
Požadavky na vysokou rychlost vynucující si nízkou hmotnost nepříznivě ovlivňují terminální balistiku takových projektilů. Na jednu stranu v hydraulické limitě materiál terče/šťítu neklade žádný odpor svou pevností, na druhou stranu hybnost projektilu je tak malá, a jeho energie tak velká, že namísto aby štít penetroval a pokračoval v cestě, dojde v místě srážky k lokálnímu vypaření materiálu a v podstatě všesměrové explozi. Expandující páry/plazma sice nese určitou hybnost v původním směru letu, ale je tak rozptýlená že její další penetrační a destruktivní schopnost je značně omezená. Velice doboru obranu před těmito lehkými projektily by tedy bylo několik lehkých tenkých plátů skloněných pod značně ostrým uhlem řazených s dostatečným odstupem za sebe. Po malém množsví průrazů by se hmota projektilu a vypařeného svrchního šťítu rozptýlila natolik, že by nemohla způsobit větší škody.
Jednou zo zbraní, ktoré v tvojom výčte chýbajú,sú delá na ľahký plyn (vodík alebo hélium), ktoré sú pri stavebnej dĺžke cca 50-100 metrov schopné urýchliť 10-25g kovové projektily na rýchlosť viac ako 10km/s, s teoretickým limitom rýchlosti niekde okolo 30km/s.