Pourquoi la furtivité dans l'espace est-elle toujours là

Bonjour, Habr! Dans cet article, je veux considérer un sujet qui n'est pas encore très pertinent en réalité, mais qui excite l'esprit de nombreux amateurs (et, pour ainsi dire) de professionnels de la science-fiction - des moyens de se cacher dans l'espace à condition que des technologies d'un avenir exceptionnellement prévisible soient utilisées.

Dans l'environnement geek, il y a une opinion commune qu'il ne peut y avoir aucune furtivité dans l'espace dans un cadre de science-fiction réaliste. Le problème est que dès que nous allons créer un jeu ou écrire un livre avec une exigence de réalisme, c'est-à-dire (selon la croyance populaire) sans furtivité dans l'espace, il s'avère que se battre sans cette furtivité est quelque peu problématique - les deux participants à la bataille peuvent calculer son résultat à l'avance parce que le jeu- puis avec des informations complètes. Cela oblige igrodelov à faire KSP avec des fusils ou à aller à l'opéra cosmo, et les écrivains à écrire non pas des films de science-fiction d'espionnage eux-mêmes, mais des romans d'espionnage, ou à retourner à l'opéra cosmo.

Et donc, sans furtivité dans l'espace, c'est mauvais. Mais peut-être qu'il est toujours là? Après tout, un article sur les "missiles atomiques", par définition, n'est pas la vérité ultime, et nous n'avons toujours pas d'expérience pratique en matière de guerre spatiale.

Les faits de réalité objective suivants dénoncent la furtivité dans l'espace:

1. Le vide a la transparence la plus élevée possible.
2. Le fond a une température de 4 K (rayonnement relique) ou est prévisible (étoiles).
3. Un navire rayonne inévitablement de la chaleur générée à l'intérieur et réfléchit ou réémet la lumière du soleil. Surtout lors des manœuvres.
4. La sensibilité des télescopes modernes est suffisante pour prendre une photo du Voyager au-delà de l'orbite de Pluton.

Et que pouvons-nous y faire? La réponse est sous la coupe.

Convenez des conditions

Par furtivité, nous entendons l'impossibilité d'identifier un objet comme constituant une menace avant que nos éclaireurs ne l'approchent à une distance du même ordre que la distance de contact avec le feu. Parce que c'est une chose quand les terriens peuvent suivre la flotte martienne dans des télescopes proches de la terre à une distance de centaines de millions de kilomètres, et c'est tout autre chose d'envoyer des sondes d'espionnage sur Mars pour la même chose, ce qui peut également faire tomber les stratostats de reconnaissance et abattre la reconnaissance UAV.

Je veux confondre torsion et torsion

Un article dans "Atomic Missiles" déclare que les fausses cibles ne fonctionneront pas, mais les arguments sont, pour le dire légèrement, faibles et non étayés par des calculs:

1. Une fausse cible devrait rayonner de la même manière qu'une vraie cible. Cela signifie qu'il doit avoir la même source d'énergie que sur l'objet couvert.
2. Pour fonctionner pendant l'accélération, le LC doit avoir la même masse et la même télécommande que le vrai navire - sinon l'accélération et le rayonnement des moteurs ne correspondront pas.
3. D'après ce qui précède, il est conclu que le faux objectif sera pratiquement impossible à distinguer du vrai en termes de prix. Ce qui est étrange car déjà maintenant la charge utile peut être d'un ordre de grandeur plus cher que de la lancer dans l'orbite cible de la fusée. À l'avenir, avec la colonisation du système solaire, les fusées devraient évidemment être beaucoup moins chères qu'aujourd'hui, mais tout le reste n'est pas nécessaire.

Prenons un exemple spécifique. Supposons qu'Elon Mask réussisse avec le BFR et qu'au milieu du 21e siècle, la Lune et Mars sont déjà colonisés et ne s'aiment pas tout à fait et / ou la Terre. Supposons également qu'il n'y ait pas eu de percées majeures dans la science des fusées et le principal transport interplanétaire - quelque chose comme l' ITS de la présentation de 2016 (c'est-à-dire le résultat de modernisations du même BFR). Le principal moyen de guerre, respectivement, est le même ITS, mais chargé de divers moyens d'infliger du bien et de la lumière aux séparatistes martiens ou aux terriens ricanant, respectivement.

Supposons que les moyens de transporter des marchandises dans un STI correspondent à environ 150 tonnes. Bien qu'il était prévu 450 tonnes, et pour le départ de l'orbite proche de la Terre vers Mars. En sacrifiant la vitesse caractéristique et en choisissant la ligne de base appropriée (points de Lagrange, orbite proche de la lune, elliptique allongé), vous pouvez augmenter la capacité de charge jusqu'à mille tonnes. Mais pour l'évaluation, prenons le cas le plus pessimiste d'en haut.


Transporteur de tracteur martien pacifique affiche une plate-forme de combat sur un cours de combat

Le prix du bloc orbital ITS est estimé à 130 millions de dollars par pétrolier et à 200 millions de dollars par navire. Un pétrolier peut être rendu indiscernable d'un navire avec n'importe quel télescope possible - il suffit de mettre des panneaux solaires sur le pétrolier et de ne pas faire la fameuse fenêtre transparente sur le navire - ni l'un ni l'autre ne fait clairement la différence de 70 millions de dollars (en raison de la conception plus complexe du navire par rapport au transporteur) . Mais même s'il tire brusquement, la différence de 70 millions n'est pas fondamentale dans le contexte des prix des équipements militaires. Ainsi, une centaine de fusées SM-3 (les analogues existants les plus proches des fusées spatiales) d'une masse de 150 tonnes coûteront 1 milliard 840 millions de dollars. Bien sûr, les missiles ont besoin d'un système de guidage, mais un télescope comme le Kepler pèse plusieurs tonnes, pour un coût d'environ des centaines de millions de dollars.

Mais disons que nous voulons armer notre navire de guerre non pas de missiles jetables, mais de drones ou de combattants habités potentiellement réutilisables. Comme arme pour notre combattant, nous prenons le canon cinétique Vulkan-Falanks. Tout simplement parce que les lasers n'ont pas encore été commercialisés et que leur prix ne devrait pas différer dans une direction plus petite. 13 millions de dollars pour un canon de 5 tonnes . Supposons qu'une unité de missile de cinq tonnes pour déplacer notre canon à l'avenir ne coûtera pas 20 millions comme c'est le cas actuellement, mais seulement 2 en raison de la production en série, 15 chasseurs de dix tonnes coûteront 225 millions de dollars - déjà comparables au prix ITS.

Cela ne représente que 200 millions - à condition que nous achetions un nouveau STI aux chantiers navals. Ce qui n'est pas du tout nécessaire - pour fonctionner comme un faux objectif, vous pouvez et devez prendre un navire d'occasion qui a déjà réussi à récupérer sa production en transportant des marchandises civiles. Un multiplicateur de 100 vols est prévu pour le navire de ravitaillement, 12 pour le navire interplanétaire (la différence est due à la durée du vol interplanétaire), donc le prix de 20 millions de dollars pour l’achat volontaire et obligatoire de navires dans l’État «un vol à radier» semble assez juste et ne suscite pas le désir de l’armateur. foutre le MCRN natif. Et 20 millions de dollars sont un peu plus chers qu'une fusée espace-espace (!!!) et sont comparables au prix d'un chasseur.

Très théoriquement, le renseignement ennemi peut suivre les "caractéristiques individuelles du spectre de rayonnement" du navire. Mais même dans une telle situation (fantastique, comme on le verra ci-dessous), il est possible d'organiser un "dé à coudre" en utilisant des navires d'occasion et en tant que porteurs d'armes (et il n'est pas nécessaire que l'ennemi sache quels navires sont chargés de missiles et de drones). Oui, le Cosmoflot volant exclusivement sur des navires d'occasion semble chargé de modèles - mais les combattants pour l'indépendance des colonies ont toujours dû faire demi-tour.

De plus, ce n'est pas un déguisement de navire pacifique, qui pourrait avoir des conséquences diplomatiques négatives. Cosmoflot achète honnêtement des navires d'occasion, il n'admet tout simplement pas quel navire il transporte des missiles et des drones, et non du ballast.

Ce qui précède est peut-être vrai pour tout scénario réaliste de conflit interplanétaire dans un avenir proche. Pour entrer en conflit dans l'espace - vous devez le coloniser au début. Et pour cela, vous avez besoin d'un transport interplanétaire bon marché. Et si les militaires n'utilisent pas ce transport du principe, ce ne sont pas les lois de la nature du problème, mais seulement ces militaires. De plus, la méthode du «dé à coudre spatiale» est conçue pour que l'adversaire regarde n'importe lequel de nos creux dans une caméra très multispectrale, et même avec une qualité d'au moins 4K, et donc le simulateur devrait avoir la même forme, les mêmes dimensions et les mêmes moteurs que celui simulé. Mais un tel scénario est en fait douteux.

Diffraction

La limite théorique de la résolution angulaire de tout télescope est décrite par une formule très simple

$$

où R est la résolution angulaire minimale en radians, D est l'ouverture en mètres, lam est la longueur d'onde de travail en eux. Pour de très petits angles, R peut être considéré comme le rapport de la distance à l'objet observé à la distance minimale reconnaissable sur celui-ci. Il est facile de s'assurer que pour une ouverture d'un mètre et une longueur d'onde micrométrique (proche de l'IR), la résolution spatiale pour mille kilomètres ne sera que d'un mètre. Eh bien, si nous essayons de regarder dans un télescope similaire sur une centaine de millions de kilomètres (la distance entre Mars et la Terre au moment de la grande confrontation), nous aurons un pixel de 100 kilomètres. Ou nous avons besoin d'un télescope miracle avec un miroir de cent kilomètres pour maintenir une résolution d'un mètre.

Cette chose a seulement une ouverture de 130 mètres

De nombreux lecteurs ont immédiatement pensé aux interféromètres optiques. Oui, ils auront une longueur d'épaule dans la formule de résolution spatiale au lieu d'une ouverture. Mais seule cette longueur d'épaule doit être maintenue avec une erreur inférieure à la moitié de la longueur d'onde de travail. L'option «il suffit de prendre deux télescopes spatiaux» ne convient donc pas - l'épaule doit être rigide. Mais même une épaule dure d'une longueur d'une centaine de kilomètres «marchera» en raison de l'inégalité des charges thermiques. Pour la même raison, rien ne viendra de l'idée d'un miroir de cent kilomètres à couche mince.

De plus, en décidant d'économiser sur la zone du miroir, nous économiserons sur la photosensibilité. Mais vous ne pouvez pas économiser dessus. À une distance des mêmes 100 millions de kilomètres, un objet émettant une symétrie sphérique à une longueur d'onde de 1 micron avec une puissance de 1 MW produira 80 photons par mètre carré par seconde. Encore une fois, quatre-vingts photons. Pour obtenir une image intelligible, vous devrez soit augmenter la vitesse d'obturation à plusieurs centaines de secondes, soit augmenter la zone. Et cela à condition que la matrice capte des photons individuels.


Cérès du point de vue du télescope eux. Hubble. Largeur des pixels - 30 kilomètres

Et ainsi. Pour une observation détaillée du navire de l'ennemi à des distances interplanétaires, nous avons besoin d'un interféromètre monstrueux avec des miroirs de dizaines de mètres, d'au moins un kilomètre d'épaule dure et d'une matrice ultra-sensible refroidie au zéro presque absolu. Et ce miracle de la technologie ne pourra toujours rien faire avec la tactique du "dé à coudre". Et pas seulement ça.

Particules Minsky, niveau combat!

Le Space Thimble était basé sur le fait qu'aucun télescope ne peut regarder sous la peau d'un navire interplanétaire. Mais que se passe-t-il si au lieu d'une cale ou d'un conteneur de fret avec son volume pas si grand, vous utilisez un grand sac à film mince un nuage de suie ou de poussière? En conséquence, les services secrets de l'ennemi disposeront d'informations sur la présence de dizaines de nébuleuses de poussières artificielles dans l'espace, mais il n'y aura aucune information sur leur contenu tant que quelqu'un n'aura pas physiquement peigné chaque nébuleuse.

Disons que la taille des particules de suie dans notre nuage est de 10 microns. Le rapport masse / section transversale de la particule sera d'environ 20 grammes par mètre carré. En orbite proche de la Terre, la pression du soleil sur une surface noire est de 5,6 μN / m2. Ainsi, la lumière du soleil déplacera notre écran de fumée près de la Terre avec une accélération de 0,2 millimètre par seconde par seconde, ce qui est assez réaliste pour compenser le fonctionnement des moteurs de la flotte de masques.


Quelque chose de similaire a été utilisé dans Gundam, dont une citation a été prise comme nom de la section. La seule différence étant qu'il a été utilisé un plasma froid de particules élémentaires exotiques comme écran de fumée, qui était complètement apesanteur, produit par des réacteurs thermonucléaires de navires en quantités presque illimitées et finalement caché des radars également. La suie contre les radars est inutile, mais il existe d'autres moyens contre eux. Mais beaucoup de suie peut être un problème.

Vingt grammes par mètre carré convertis en kilomètres carrés se transforment en vingt tonnes. Supposons que nous voulons remplir une sphère d'un diamètre de 20 kilomètres avec de la suie afin que la densité de surface souhaitée soit atteinte à une profondeur de 1 kilomètre, à condition que les particules soient uniformément réparties. C'est-à-dire à une densité de suie de 20 tonnes par kilomètre cube. Nous aurons besoin d'un peu moins de 84 kilotonnes de suie. Beaucoup? Eh bien, comment puis-je dire - une quantité proche de carbone est contenue dans un astéroïde de classe C avec un diamètre moyen de 20 mètres. Donc, pour couvrir la base de la flotte sur les mêmes astéroïdes ou près d'eux, cette méthode est tout à fait appropriée.


Mathilde est un astéroïde typique de classe C.

Furtivité tactique

Et donc, nous avons volé vers la planète ennemie alors qu'il ne nous attendait pas en utilisant un "dé à coudre" ou des comètes artificielles. Et ensuite?

Tout d'abord, la même suie. Une centaine de tonnes de suie suffisent pour installer des rideaux anti-poussière locaux de plusieurs kilomètres de long - le transporteur s'intégrera dans le rôle de la fausse cible. Mais dans cette situation, une «vraie» furtivité est également possible - une invisibilité totale pour les systèmes de détection ennemis. Le fait est que nous ne sommes plus séparés de l'ennemi par des mois de vol, mais par des dizaines d'heures, de sorte que nous ne pouvons pas rayonner du tout à cause du dégagement de chaleur dans la neige hydrogène.

Imaginez un navire à l'avant duquel est un réservoir noir-noir avec de l'hydrogène solide. La chaleur spécifique de fusion de l'hydrogène est de 59 kJ / kg. La constante solaire en orbite terrestre basse est de 1367 W / m2. La longueur totale du réservoir de 14,3 mètres (longueur, en tenant compte de la place sous l'hydrogène fondu) tournée vers le soleil (c'est-à-dire ayant une tonne d'hydrogène par mètre de surface éclairée) absorbera la lumière du soleil tout en maintenant la température de fusion de cet hydrogène pendant un peu moins de 12 heures. Chaleur générée par les systèmes d'équipage et de navire? Leur contribution peut être négligée car la même "Union" dispose de suffisamment de kilowatts pour un équipage de trois personnes.

Bien sûr, cette méthode de cacher un navire ne fonctionne que pendant un vol balistique. Mais la manœuvre pour atteindre la cible peut et doit être réalisée sous le couvert de la même suie.

Un chasseur furtif construit à l'aide de cette technologie utilisant des moteurs liquides peut avoir les caractéristiques suivantes:

Diamètre - 2 mètres
Longueur - 25 mètres dont:
Réservoir d'hydrogène - 14,3 mètres
Oxygène - 6 mètres.
Moteur-fusée - 1 mètre.
Compartiment de contrôle et d'armement - 3,7 mètres.
L'équipage est de 0-1 personnes.
La masse de carburant est de 22 tonnes.
La masse des réservoirs et du moteur est de 3 tonnes.
La masse du compartiment de contrôle est de 2 tonnes.
La masse de l'arme est de 3 tonnes (missiles).
Masse initiale - 30/27 tonnes (avec et sans armes).
La masse finale est de 8/5 tonnes.
Vitesse d'expiration - 4,3 km / s
Delta Ve sans armes - 7,25 km / s

La tactique d'utilisation consiste à sortir du compartiment à bagages d'un vaisseau spatial affrété dans "l'espace international" sous le capot d'un rideau de fumée, à baisser les accélérateurs vers la cible, à se faufiler dessus, à lancer des missiles et à partir sans astuces.

Et maintenant un combattant nucléaire:

Diamètre - 2 mètres
Longueur - 20 mètres dont:
Réservoir d'hydrogène - 14,3 mètres
NRE avec bioprotection - 2 mètres.
Compartiment de contrôle et d'armement - 3,7 mètres.
L'équipage est de 0-1 personnes.
La masse du fluide de travail est de 3,14 tonnes.
La masse des réservoirs et du moteur est de 4 tonnes.
La masse du compartiment de contrôle est de 2 tonnes.
La masse de l'arme est de 3 tonnes.
La masse initiale est de 12,14 / 9,14 tonnes (avec et sans armes).
La masse finale est de 9/6 tonnes (avec et sans armes).
Vitesse d'expiration - 9 km / s
Delta Ve sans armes - 3,78 km / s

Le poids sec a augmenté d'une tonne pour tenir compte de la protection biologique. Delta-Ve a plongé car l'impulsion spécifique du NRE en phase solide n'a pas compensé la diminution spectaculaire de la masse réactive et l'ajout d'une protection biologique.

De toute évidence, un tel chasseur furtif ne pourra efficacement attaquer que des cibles lentes. Par exemple, des interféromètres spatiaux à longue portée de plusieurs kilomètres.