🤘🏿 ↖️ ❕ معارك الفضاء الحقيقية في أطفال الأرض الميتة ، الجزء الأول 🔹 🤙🏼 😼

الاتجاه السائد لألعاب حرب الفضاء هو ليزر pi-piu متعدد الألوان ، وإطلاق النار من نقطة فارغة ، وسرعة صفر بالنسبة للمساحة المطلقة ، وأشياء أخرى غير واقعية تمامًا. لذلك ، فإن محاكاة أطفال الأرض الميتة ، التي تحاكي المعارك على التقنيات المتاحة الآن ، تعطي تجربة فريدة تمامًا. بالإضافة إلى حقيقة أنه من المثير للاهتمام اللعب ، فإنه يثير أسئلة جادة حول كيفية حدوث حروب حقيقية في النظام الشمسي ، ولها أهمية تعليمية كبيرة.

المعركة في مدار المريخ. الخطوط الملونة ليست بالليزر ، ولكنها عبارة عن راسمات بالسكك الحديدية

ساحة المعركة

الميكانيكا المدارية لشخص غير مستعد تبدو غير مفهومة للغاية. من الأفضل إدراكه أثناء اللعبة ، ولكن من المستحسن إعطاء بعض الأساسيات مقدمًا. بادئ ذي بدء ، سيحدث العمل في النظام الشمسي ، وسيكون أي جسم في مدار أي من أجرامه السماوية. ما هو المدار؟ التحدث ببساطة شديدة وباختصار ، تحت تأثير جاذبية جسم ثقيل ، يتحرك جسم آخر (قمر صناعي ، سفينة ، صاروخ ، إلخ) على طول مسار هو قسم مخروطي (دائرة ، القطع الناقص ، القطع المكافئ ، القطع الزائد) مع التركيز في المركز كتل النظام ، والتي ستكون في حالتنا داخل جسم ثقيل. تحدد العديد من المعلمات كيف سيبدو هذا المسار:

Pericenter - أصغر مدار
Apocenter - أعلى ارتفاع. لا معنى للقطع المكافئ والقطع الزائد
اللامركزية - معلمة تحدد نوع المدار. 0 - دائرة ، من 0 إلى 1 - القطع الناقص ، 1 - القطع المكافئ ،> 1 - القطع الزائد
الميل المداري - يحدد الزاوية بين المستوى المداري والمستوى الأساسي ، وهو خط الاستواء للجسم السماوي أو المستوى الكسوف

معلمة أخرى حاسمة لجميع المركبات الفضائية. احتياطي السرعة المميز أو دلتا- V هو المبلغ الذي يمكن للوحدة من خلاله تغيير السرعة على محركاتها. على سبيل المثال ، لدينا محرك صاروخي كيميائي ووقود بسرعة 2 كم / ثانية. يمكننا إنفاقها كما نريد - تسريع ، كبح ، تغيير ميل المدار. عندما يتحول دلتا- V إلى صفر ، نفاد الوقود ، ولم يعد بإمكاننا تغيير مسارنا. تعتبر المعلمة ملائمة من حيث أنها لا تهتم بنوع المحرك والوقود ، ويمكنك مقارنة أي أجهزة.

قيم دلتا- V التقريبية بالمتر / ثانية للرحلات بين الكواكب

من المثير للاهتمام ، في CoaDE ، عادة ما يكون إمداد السفن من دلتا- V أقل مما هو مطلوب لرحلة كاملة بين الأجرام السماوية. من المفترض أن السفن تطير بدبابات إضافية ، يتم التخلص منها قبل بدء المعركة ولا تكون مرئية في اللعبة.

حساب المناورة لاعتراض تجمع العدو في مدار فينوس

تشبه واجهة التحكم في السفينة إلى حد ما برنامج Kerbal Space ، ولكن هنا يتم إعطاء السفن أوامر ، وتقوم بالمناورة نفسها.

لحساب المناورة بدقة ، هناك أداة مناسبة للغاية تقوم بتبديل جسم القاعدة لعرض المسار. في لقطة الشاشة أعلاه ، نهدف إلى نقطة الالتقاء ، بتغيير جسم القاعدة من فينوس إلى أسطول العدو. هذه الميزة لا غنى عنها في المهام المعقدة.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك بعض المصطلحات الأخرى المفيدة لمعرفة:

نقاط Lagrange هي خمس نقاط في نظام مكون من جسمين ، على سبيل المثال ، Earth-Moon ، بالقرب من مدارات طويلة الأمد لجسم ثالث - سفينة أو قمر صناعي - (ولدى اللعبة مهمة صعبة إلى حد ما لجلب الوقود إلى سفينة عالقة في هذه المرحلة).
مجال هيل هو منطقة يسود فيها تأثير الجاذبية لجسم معين. على سبيل المثال ، عند مغادرة مجال Earth Hill ، ستكون السفينة في مجال Sun Hill. في اللعبة في المهمة الأخيرة الأكثر صعوبة ، تدور المعارك حول المشتري وزحل ، ويجب أن نأخذ في الاعتبار واستخدام جاذبية أقمارها عند التخطيط للمناورات.

من قوانين الميكانيكا المدارية ، تتبع بعض السمات غير الواضحة في ساحة المعركة الكونية:

من أجل الدخول في المعركة ، من الضروري إجراء مناورات معقدة من أجل الاقتراب من العدو على مسافة من أسلحتهم. يزيد العدو من تعقيد المهمة بمناوراته.
العدو الذي ينتهي به الأمر مع delta-V يخسر المبادرة ، والعدو مع الهامش المتبقي من السرعة المميزة سيحدد خصائص النهج. بشكل عام ، يكون الهدف الثابت عاجزًا تمامًا ، لأنه يمكن إطلاقه من مسافة بعيدة مع الإفلات التام من العقاب.
في المدار حول جسم سماوي واحد ، يمكن للمرء أن يدرك مجموعة متنوعة من خيارات الالتقاء ، مع الحد الأدنى من السرعة المتبادلة في الدورات المتقاربة ، ومع ضخمة في التقاطع أو القادمة.
يبدأ نطاق السرعات المحتملة للنهج المتبادل من الصفر تقريبًا ويمكن أن يصل إلى عشرات الكيلومترات في الثانية. على سبيل المثال ، عندما تكون رحلة الأرض-المريخ اقتصادية من حيث استهلاك الوقود ، فإن السرعة النهائية بالقرب من المريخ ستكون حوالي 6 كم / ثانية. إذا ذهبت في المسار المعاكس ، فيمكن أن تصل السرعة إلى 50 كم / ثانية (ولكن هذا المسار يتطلب> 30 كم / ثانية دلتا- V). فيما يتعلق بالتقنيات الواقعية في مدار جسم سماوي واحد ، فمن المعقول توقع سرعة اقتراب قصوى من ما يقرب من الصفر إلى عدة كيلومترات في الثانية.
كلما كان الجسم المركزي أخف ، تبدو مناورات دلتا- V الأرخص. بالقرب من كويكب خفيف ، يمكنك الدوران بسهولة والبدء في التحرك في الاتجاه المعاكس ، ولكن في مدار لكوكب ثقيل من نفس الحجم ، فإن دلتا- V كافية فقط لتغيير معلمات المدار.

المحركات

بدون القدرة على تغيير المدار ، ليس فقط معركة الفضاء مستحيلة ، ولكن أيضًا أي استكشاف جاد للفضاء. وتغيير المدار مستحيل بدون محرك. في المستقبل القريب ، سيكون أساس محركات الفضاء هياكل مختلفة مع إطلاق الكتل التفاعلية - الأشرعة الشمسية والكهرومغناطيسية ، بالإضافة إلى المحركات التي تطرد المجال المغناطيسي للكوكب ، غير عالمية للغاية. الخصائص الرئيسية لمحركات الفضاء هي:

دافع محدد. يوضح مدى كفاءة المحرك في استهلاك الوقود. كلما زاد الدافع المحدد للمحرك ، قل الوقود الذي سيحتاجه لتسريع السفينة إلى السرعة المطلوبة. تقاس بالأمتار في الثانية أو الثانية.
اقتحام. تتميز بعض طرازات المحركات النبضية المحددة العالية بالدفع المنخفض للغاية ، لذلك لا يمكن استخدامها في أي موقف.

محرك كيميائي

مع محركات الصواريخ الكيميائية ، بدأ استكشاف الفضاء على هذا النحو. وتتميز بدفعة محددة منخفضة وهي الآن قريبة من الحدود المادية لفعاليتها ، ولكن نظرًا لبساطتها النسبية ودفعها العالي مقارنة بالأنواع الأخرى ، فهي المحركات الرئيسية لعلماء الفضاء الحديث. يتطلب استكشاف الفضاء دفعة محددة أعلى ، لكن هذه المحركات لن تختفي على الإطلاق.

حتى الآن ، تقدم CoaDE حصريًا محركات صواريخ تعمل بالوقود السائل بمكون واحد أو مكونين ، لذلك سننظر فيها فقط بمزيد من التفاصيل. مبدأ التشغيل بسيط نسبيا. في غرفة الاحتراق ، يتحلل الوقود (إذا كان هناك مكون واحد) أو يحرقه عامل مؤكسد (إذا كان هناك مكونان) مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية. بعد أن تحولت إلى غاز عالي الحرارة ، فإنها تدخل إلى فوهة لافال ، التي تحول الطاقة الحرارية للغاز إلى طاقة حركية لتدفقها السريع.

غرفة الاحتراق وفوهة لافال للمحرك RD-107/108. على مثل هذه الصواريخ الروسية "سويوز"

في الحياة الواقعية ، تحظى مكونات "كيروسين الأكسجين السائل" بشعبية بسبب بساطة وكثافة عالية من الكيروسين ، "أكسجين سائل - هيدروجين سائل" بسبب الاندفاع النوعي العالي (حوالي 4.4 كم / ثانية) و "ثنائي ميثيل هيدرازين غير المتماثل - رباعي أكسيد النيتروجين" نظرًا لأنه يمكن تخزينه لفترة طويلة جدًا في درجة حرارة الغرفة. تم الحصول على أقصى دفعة محددة تم تحقيقها لمحرك كيميائي يبلغ 5.32 كم / ثانية باستخدام وقود الليثيوم الفلور المكون من ثلاثة مكونات ، وهو أمر غير مريح للغاية في الاستخدام العملي (يجب أن يكون الليثيوم ساخنًا جدًا ويجب أن يكون الهيدروجين باردًا ، وسوف تؤدي المكونات إلى تآكل خطوط الأنابيب والعادم سام )

في CoaDE ، سيكون زوج الوقود الأكثر كفاءة هو الفلور-الهيدروجين (UI 4.6 كم / ثانية). في الواقع ، لن يستخدمه أحد ، لأن عادم مثل هذا المحرك سيكون حمض الهيدروفلوريك ، وهو ضار جدًا بالبيئة ، ولكن وفقًا لمؤامرة اللعبة ، وصلت الأرض بالفعل إلى نهايتها ، وبقايا البشرية المتبقية لا تهتم بالبيئة. أيضًا ، لم يأخذ CoaDE حتى الآن في الاعتبار الحاجة إلى الحماية الحرارية للخزانات المبردة - يمكن تخزين الأكسجين السائل بدون عزل حراري ، لكن الهيدروجين السائل يتبخر بنشاط كبير.

تصميم محرك الصواريخ الكيميائية

تأخذ اللعبة في الاعتبار نسبة العناصر المتكافئة (نسبة الوقود وجزيئات المؤكسد تسمح لك بحرق الوقود تمامًا أو زيادة أحد المكونات في العادم) ، والحاجة إلى تزويد المكونات بمضخات توربو ، وتبريد غرفة الاحتراق والفوهة بأحد المكونات (المستخدمة في الواقع ، وإلا فإن المحرك سيذوب ببساطة ) وقلب المحرك للمناورة. تتيح لك مرونة مصمم اللعبة إنشاء مجموعة متنوعة من المحركات المناسبة لمجموعة واسعة من المهام ، من محركات السير الكبيرة والفعالة إلى محركات التوجيه المدمجة. تُستخدم محركات CoaDE الكيميائية بشكل أساسي للصواريخ والطائرات بدون طيار.

صاروخ نووي

يمكن الحصول على الغاز المسخن لفوهة لافال ليس فقط عن طريق التفاعل الكيميائي للاحتراق. سوف يعمل المفاعل النووي بشكل جيد في هذه المهمة. لذلك ، في منتصف القرن العشرين ، بدأت المشاريع التجريبية لمحركات الصواريخ النووية RD-0410 و NERVA في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية والولايات المتحدة الأمريكية.

NERVA كوتاواي

مبدأ تشغيل محرك الصواريخ النووية بسيط. ينتج تفاعل نووي محكم الكثير من الحرارة. يتدفق مائع عامل من خلال المفاعل ، الذي يتم تسخينه (أثناء تبريد المفاعل) ويتم إخراجه من خلال الفوهة. ويترتب على الصيغة النبضية المحددة أنه كلما كان الوزن الجزيئي لسائل العمل أصغر ، كلما تم طرده بشكل أسرع ، وكان المحرك أكثر كفاءة. لذلك ، في المشاريع الحقيقية ، كان من المفترض أن يستخدم الهيدروجين كسائل عامل. CoaDE لديه وضع غريب - أكثر أنواع الوقود كفاءة هو ديوتريد الهيدروجين - جزيء ذرة هيدروجين وذرة ديوتريوم واحدة (نظير هيدروجين مع نيوترون واحد). تحت ظروف درجة حرارة عالية للمفاعل ، سيتفكك ديوتريد الهيدروجين (يتحلل جزيء ثنائي الذرة في ذرات منفصلة) ، وسيكون الوزن الجزيئي أقل من وزن مفاعل H2 غير المتحلل عمليًا عند درجة حرارة.

في التاريخ الحقيقي ، لم يتقدم كلا المشروعين إلى ما هو أبعد من الاختبار ، وكانت الأخبار الأخيرة حول تطوير محرك نووي لصاروخ كروز بوريفيستنيك الروسي مفاجأة كبيرة. في اللعبة ، هي واحدة من الأنسب - الحقيقة هي أن الدافع المحدد لصاروخ نووي أعلى مرتين تقريبًا من الصاروخ الكيميائي ، وبدون مشكلة يمكنك إنشاء محرك بقوة دفع عالية. ومشكلة العادم الإشعاعي ليست مهمة عندما تحلق السفينة خارج الغلاف الجوي.

محرك مسير نووي للسفن الثقيلة بقوة دفع 120 طن ودفعة محددة تبلغ 9.4 كم / ثانية

محرك صاروخ تسخين كهربائي

طريقة أخرى للحصول على الغاز الساخن هي استخدام سخان كهربائي. ميزة هذا المحرك هي أنه يمكن استخدام أي سائل عامل ، حتى نفايات المنتجات. يمكن تسخين مائع العمل إلى درجة حرارة عالية جدًا ، مما يسمح لك بالحصول على دفعة محددة عالية ، أعلى مرتين تقريبًا من الصواريخ الكيميائية. تتمثل عيوب المخطط في أن التدفئة تتطلب الكثير من الكهرباء (مما يعني أنه في نظام سخان المفاعل سيكون هناك خسائر في تحويل الطاقة) ، وأن المحرك لديه دفعة صغيرة.

خزانات البوتان ومحرك التسخين الكهربائي

في الواقع ، تم استخدام محركات من هذا النوع بنشاط كبير في علم الفضاء لسنوات عديدة. لا يمثل الدفع الصغير مشكلة إذا كان القمر الصناعي لا يناور بنشاط. لكن في CoaDE يحتلون مكانة مساعدة ، يتم استخدامها في بعض السفن كمحركات توجيه.

محرك المغناطيس البلازما

على الرغم من حقيقة أن فوهة Laval هي محرك حراري فعال للغاية ولها كفاءة تصل إلى 70 ٪ ، هناك طرق للتخلص من سوائل العمل بسرعات أعلى بكثير. لهذا ، يتم استخدام التأثيرات الكهربائية - قوة كولوم ، تأثير هول ، الانبعاث الميداني وغيرها. يتم تقديم نوع واحد فقط في محركات CoaDE - magnetoplasma (MTD).

تظهر الصورة أعلاه MTD عامل. الدبوس في المركز هو الكاثود (القطب السالب) ، وحوله يوجد أنود أسطواني (قطب موجب). يتدفق الغاز المتأين بينهما ، والذي تسارعته قوة لورنتز بسرعات عالية جدًا. يمكن أن يصل الدافع المحدد لـ MTD إلى عشرات الكيلومترات في الثانية ، ولكن عليك أن تدفع مقابل ذلك من حيث أنها تستهلك أوامر بحجم أكبر مع جر مماثل لمحركات التدفئة الكهربائية.

الدافع المحدد هو 42 كم / ثانية ، ولكنه يستهلك 10 ميغاوات ولديه قوة دفع 28 كجم فقط

في علم الفضاء الحقيقي ، يتم استخدام أنواع مختلفة من محركات الدفع الكهربائية على نطاق واسع بالفعل. لا يمكن وضعها على مركبة إطلاق ، ولكن الأقمار الصناعية لديها ما يكفي من الجرعات المتعددة ، شريطة أن يتم تشغيل المحرك لساعات وأيام من التشغيل المتواصل.

صاروخ الاندفاع النووي

ظهرت فكرة مثيرة للاهتمام في منتصف القرن العشرين. يمكن نظريا استخدام كمية كبيرة من الحرارة المتولدة من القنبلة الذرية للحركة. للقيام بذلك ، على القنبلة نفسها ، من الضروري وضع مخزون من السائل العامل الذي يتحول إلى بلازما أثناء الانفجار ، وعلى متن السفينة تثبيت لوحة عاكسة تدرك وتمتص صدمة البلازما.

في الديناميكيات ، سيبدو شيئًا مثل هذا:

تم اختبار مبدأ الحركة بنجاح على نموذج بالمتفجرات الكيميائية. في التاريخ الحقيقي ، كان المشروع ضحية لمعاهدة حظر التجارب النووية لعام 1963 ومحاولة إنشاء مشروع سفينة حربية على هذا المحرك ، لم يعجب السياسيون التكلفة الفلكية. لكن من المؤسف أن الدافع النظري المحدد كان على مستوى عشرات الكيلومترات في الثانية ، ويجب أن يكون الاتجاه لائقًا أيضًا.

هذه هي الطريقة التي بدا بها أحد المشاريع الأولى للمركبات الفضائية العسكرية في تاريخ البشرية. كان من المفترض أن تكون المئات من الرؤوس الحربية النووية ، ومدافع الهاوتزر التي تطلق شحنات مسيرة البلازما ، والبنادق البحرية 127 ملم و 30 ملم في ترسانته. في CoaDE ، للأسف ، لم يتم إدخال هذا المحرك بعد.

علم الطاقة

تتطلب أنظمة السفن المختلفة طاقة كهربائية لتعمل ، وفي الفضاء هناك عدة طرق للحصول عليها.

يتم استخدام الألواح الشمسية على نطاق واسع الآن ، ولكن سيكون لها معنى في حالة نزاع الفضاء الخيالي المستقبلي فقط كخيار للطوارئ. أولاً ، إنها كبيرة وهشة وتنتج القليل من الكهرباء. على سبيل المثال ، تبلغ مساحة الألواح الشمسية ISS الإجمالية 3200 متر مربع ، ولكنها لا تنتج أكثر من 120 كيلو واط. ثانيًا ، كمية الطاقة القادمة من الشمس تخضع لقانون المربعات العكسية ، وعلى سبيل المثال ، في مدار المشتري ، الذي يبعد عن الشمس بخمس مرات عن الأرض ، يمكن أن تنتج نفس اللوحة الشمسية 25 مرة كهرباء أقل. لا عجب أن CoaDE ليس لديها شيء.

تحول خلايا الوقود الهيدروجين والأكسجين إلى الماء والكهرباء. هذا مناسب جدًا للرحلات التي تستغرق من أسبوعين إلى ثلاثة أسابيع ، لذلك تم وضعهم في أبولو ومكوك الفضاء. لكنها ليست مناسبة لسيناريو الرحلات التي تستغرق شهورًا.

تستخدم مولدات الطاقة الحرارية للنظائر المشعة بنشاط في علم الفضاء الحديث حيث لا يوجد ما يكفي من الألواح الشمسية ويتطلب العمل على المدى الطويل. مبدأ تشغيلها بسيط للغاية - يتحلل النظائر ذات نصف عمر قصير ، على سبيل المثال ، البلوتونيوم 238 ، بشكل طبيعي ، أثناء إطلاق الحرارة التي يتم توفيرها للمزدوجات الحرارية - وهما معدنان ينتجان الكهرباء عند اختلاف درجة الحرارة.

تعتبر RTGs جيدة من حيث أنها يمكن أن تعمل لعقود (وقد كانوا يعملون على Voyagers لمدة 40 عامًا) ولا تتطلب أي تحكم ، ولكن لديهم كفاءة منخفضة جدًا ، وتتطلب وقودًا باهظًا ولا معنى له إلا من أجل طاقة منخفضة. عادةً ما تكون أجهزة RTG الحقيقية أكثر قوة من مئات الواط ؛ في CoaDE ، المولدات ليست أقوى من عشرات الكيلووات ، وإلا فإنها تصبح ثقيلة جدًا.

يصمم CoaDE بشكل منفصل RTGs ، مشعات منفصلة لتبديد الحرارة

ويمكن فقط للمفاعلات النووية توفير مستويات الطاقة وكثافات الطاقة المناسبة للعمليات العسكرية في الفضاء. في شكل مبسط للغاية ، تعمل هذه الطريقة: عندما تتحلل بعض الذرات الثقيلة ، يتم إطلاق النيوترونات. يمكن إرسال هذه النيوترونات إلى ذرات أخرى وتتسبب في انحلالها مع إطلاق الحرارة والنيوترونات الجديدة. عن طريق تحريك ماصات النيوترونات والعاكسات في المفاعل ، يمكن للمرء الحصول على تفاعل نووي محكوم مع إطلاق كمية هائلة من الحرارة. ثم يمكن إرسال هذه الحرارة إلى نوع من المحركات الحرارية لتحويلها إلى كهرباء. هناك العديد من طرق التحويل - التوربينات ، ومحركات ستيرلينغ ، والمحولات الكهروحرارية ، والحرارية ، والضوئية الحرارية وغيرها.