Por que a furtividade no espaço ainda está lá

Olá Habr! Neste artigo, quero considerar um tópico que ainda não é muito relevante na realidade, mas que excita as mentes de muitos amadores (e, por assim dizer) de profissionais de ficção científica - maneiras de se esconder no espaço, desde que sejam usadas tecnologias de um futuro excepcionalmente previsível.

No ambiente geek, existe uma opinião comum de que não pode haver furtividade no espaço em nenhum cenário realista de ficção científica. O problema é que, assim que criamos um jogo ou escrevemos um livro com pretensão de realismo, ou seja, de acordo com a crença popular, sem uma furtividade no espaço, acontece que lutar sem essa furtividade é um tanto problemático - os dois participantes da batalha podem calcular seu resultado com antecedência porque o jogo- depois com informações completas. Isso obriga o igrodelov a fazer KSP com armas ou a ir à ópera de cosmo, e os escritores a escrever não espiões de filmes de ficção científica, mas novelas de espionagem, ou a ir novamente à ópera de cosmo.

E assim, sem discrição no espaço é ruim. Mas talvez ele ainda esteja lá? Afinal, um artigo sobre "Mísseis Atômicos", por definição, não é a verdade suprema, e ainda não temos experiência prática em guerra espacial.

Os seguintes fatos da realidade objetiva falam contra a furtividade no espaço:

1. O vácuo possui a maior transparência possível.
2. O fundo tem uma temperatura de 4 K (radiação de retorno) ou é previsível (estrelas).
3. Um navio irradia inevitavelmente o calor gerado dentro dele e reflete ou reemite a luz solar. Especialmente ao manobrar.
4. A sensibilidade dos telescópios modernos é suficiente para tirar uma foto da Voyager além da órbita de Plutão.

E o que podemos fazer sobre isso? A resposta está sob o corte.

Concordar com os termos

Por sigilo, queremos dizer a impossibilidade de identificar um objeto como uma ameaça antes que nossos batedores o abordem a uma distância da mesma ordem que a distância do contato de fogo. Porque é uma coisa quando os terráqueos podem seguir a frota marciana em telescópios próximos à Terra a uma distância de centenas de milhões de quilômetros, e outra coisa é enviar sondas de espionagem para Marte pela mesma coisa, que também pode abater, pois na realidade abateram estratostatos de reconhecimento e abateram reconhecimento. UAV.

Eu quero confundir torção e torção

Um artigo em "Atomic Missiles" afirma que alvos falsos não funcionarão, mas os argumentos são, para dizer o mínimo, fracos e não são suportados por cálculos:

1. Um alvo falso deve irradiar de maneira semelhante a um alvo verdadeiro. Isso significa que ele deve ter a mesma fonte de energia que o objeto coberto.
2. Para trabalhar durante a aceleração, o LC deve ter a mesma massa e controle remoto que o navio real - caso contrário, a aceleração e a radiação dos motores não corresponderão um ao outro.
3. Pelo exposto, conclui-se que o objetivo falso será praticamente indistinguível do objetivo verdadeiro no preço. O que é estranho, porque agora a carga útil já pode ser uma ordem de magnitude mais cara do que lançá-la na órbita alvo do foguete. No futuro, com a colonização do sistema solar, obviamente, os foguetes devem ser muito mais baratos do que hoje, mas tudo o mais não é necessário.

Considere um exemplo específico. Suponha que Elon Mask tenha tido sucesso com a BFR e, em meados do século 21, a Lua e Marte já estão colonizadas e não se parecem muito e / ou com a Terra. Suponha também que não houve avanços fundamentais na ciência de foguetes e no principal transporte interplanetário - algo como o ITS da apresentação de 2016 (ou seja, o resultado de modernizações do mesmo BFR). O principal meio de guerra, respectivamente, é o mesmo ITS, mas carregado com vários meios de infligir boa e luz aos separatistas marcianos ou aos terrestres zombeteiros, respectivamente.

Digamos que os meios de transporte de mercadorias em um ITS caberão cerca de 150 toneladas. Embora tenha sido planejado 450 toneladas, e para partida da órbita próxima à Terra para Marte. Sacrificando a velocidade característica e escolhendo a linha de base apropriada (pontos de Lagrange, órbita quase lunar, elíptica alongada), você pode aumentar a capacidade de carga em até mil toneladas. Mas, para a avaliação, tomemos o caso mais pessimista do topo.


Transportador pacífico de tratores marcianos exibe uma plataforma de combate em um curso de combate

O preço do bloco orbital ITS é estimado em US $ 130 milhões por navio-tanque e US $ 200 milhões por navio. Um navio-tanque pode se tornar indistinguível de um navio com qualquer telescópio possível - basta colocar painéis solares no navio-tanque e não tornar a famosa janela transparente no navio - nenhum dos quais claramente faz uma diferença de US $ 70 milhões (devido ao design mais complexo do navio em comparação com o transportador) . Mas, mesmo que subitamente suba, a diferença de 70 milhões não é fundamental no contexto dos preços de equipamentos militares. Portanto, cem foguetes SM-3 (os análogos existentes mais próximos de foguetes espaço a espaço) com uma massa de 150 toneladas custarão US $ 1 bilhão 840 milhões. É claro que os mísseis precisam de um sistema de orientação, mas um telescópio como o Kepler pesa várias toneladas, a um custo de centenas de milhões de dólares.

Mas digamos que queremos armar nosso navio de guerra não com mísseis descartáveis, mas com drones potencialmente reutilizáveis ​​ou caças tripulados. Como arma para o nosso lutador, pegamos a arma cinética Vulkan-Falanks. Só porque os laser ainda não foram produzidos comercialmente, e é improvável que seu preço seja diferente em uma direção menor. 13 milhões de dólares por uma arma de 5 toneladas . Suponha que uma unidade de mísseis de cinco toneladas para mover nossa arma no futuro não custará 20 milhões como agora, mas apenas 2 devido à produção em série, 15 caças de dez toneladas custarão US $ 225 milhões - já comparáveis ​​ao preço de ITS.

São apenas 200 milhões - desde que compremos um novo ITS dos estaleiros. O que não é necessário - para funcionar como um objetivo falso, você pode e deve pegar um navio usado que já conseguiu recuperar sua produção transportando mercadorias civis. Um multiplicador de 100 vôos está planejado para o navio de reabastecimento, 12 para o navio interplanetário (a diferença se deve à duração do voo interplanetário); portanto, o preço de US $ 20 milhões para a compra voluntária e obrigatória de navios no estado “um voo para amortização” parece bastante justo e não causa o desejo do armador foda-se o MCRN nativo. E US $ 20 milhões são um pouco mais caros que um (!!!) foguete espaço a espaço e são comparáveis ​​ao preço de um caça.

Teoricamente, a inteligência inimiga pode rastrear as "características individuais do espectro de radiação" da nave. Mas mesmo em uma situação (fantástica, como será mostrada abaixo), é possível organizar um “dedal espacial” usando navios usados ​​e como portadores de armas (e não é necessário que o inimigo saiba quais navios são carregados com mísseis e drones). Sim, o Cosmoflot que voa exclusivamente em navios de segunda mão parece carregado de modelos - mas os combatentes pela independência das colônias sempre tiveram que se virar.

Além disso, este não é um disfarce de navio pacífico, que pode ter consequências diplomáticas negativas. A Cosmoflot compra honestamente navios usados, simplesmente não admite qual navio carrega mísseis e drones, e não lastro.

O descrito acima é verdadeiro talvez para qualquer cenário realista de conflito interplanetário no futuro próximo. Para entrar em conflito no espaço - você precisa colonizá-lo no início. E para isso você precisa de transporte interplanetário barato. E se os militares não usarem esse transporte a partir do princípio, não serão as leis da natureza do problema, mas apenas esses militares. Além disso, o método “dedal espacial” é projetado para o adversário olhar para qualquer um dos nossos vales em uma câmera muito multiespectral e mesmo com uma qualidade de pelo menos 4K e, portanto, o simulador deve ter a mesma forma, dimensões e motores que o simulado. Mas esse cenário é realmente duvidoso.

Difração

O limite teórico da resolução angular de qualquer telescópio é descrito por uma fórmula muito simples

$$

onde R é a resolução angular mínima em radianos, D é a abertura em metros, lam é o comprimento de onda de trabalho neles. Para ângulos muito pequenos, R pode ser considerado a razão entre a distância do objeto observado e a distância mínima distinguível nele. É fácil garantir que, para uma abertura de metro e comprimento de onda do micrômetro (próximo ao infravermelho), a resolução espacial de mil quilômetros seja de apenas um metro. Bem, se tentarmos olhar para um telescópio semelhante por cem milhões de quilômetros (a distância entre Marte e a Terra no momento do grande confronto) - teremos um pixel do tamanho de 100 quilômetros. Ou precisamos de um telescópio milagroso com um espelho de cem quilômetros para manter a resolução de um metro.

Essa coisa tem apenas uma abertura de 130 metros

Muitos leitores pensaram imediatamente nos interferômetros ópticos. Sim, eles terão um comprimento de ombro na fórmula para resolução espacial em vez de uma abertura. Mas apenas o comprimento do ombro deve ser mantido com um erro inferior a metade do comprimento de onda de trabalho. Portanto, a opção “basta pegar dois telescópios espaciais” não é adequada - o ombro deve ser rígido. Mas mesmo um ombro rígido com cem quilômetros de comprimento "caminhará" devido à irregularidade das cargas térmicas. Pela mesma razão, nada virá da idéia de um espelho de cem quilômetros de filme fino.

Além disso, decidindo economizar na área do espelho, economizaremos em fotosensibilidade. Mas você não pode economizar nisso. A uma distância dos mesmos 100 milhões de quilômetros, um objeto emitindo esfericamente simetricamente a um comprimento de onda de 1 mícron com uma potência de 1 MW produzirá 80 fótons por metro quadrado por segundo. Mais uma vez, oitenta fótons. Para obter qualquer imagem inteligível, você precisará aumentar a velocidade do obturador para várias centenas de segundos ou aumentar a área. E isso é fornecido desde que a matriz capte fótons individuais.


Ceres do ponto de vista do telescópio eles. Hubble. Largura de pixel - 30 quilômetros

E assim Para observação detalhada da nave inimiga a distâncias interplanetárias, precisamos de um interferômetro monstruoso com espelhos de dezenas de metros, pelo menos um quilômetro de ombro duro e uma matriz ultra-sensível resfriada a zero quase absoluto. E esse milagre da tecnologia ainda não será capaz de fazer nada com as táticas do "dedal do espaço". E não é só isso.

Partículas Minsky, nível de combate!

O dedal do espaço foi baseado no fato de que nem um único telescópio pode olhar sob a pele de uma nave interplanetária. Mas e se, em vez de um porão ou um contêiner de carga com um volume não tão grande, você usar um saco grande de filme fino com uma nuvem de fuligem ou poeira? Como resultado, a inteligência do inimigo terá informações sobre a presença de dezenas de nebulosas artificiais de poeira no espaço, mas não haverá informações sobre seus conteúdos até que alguém penteie fisicamente cada nebulosa.

Digamos que o tamanho de partícula da fuligem em nossa nuvem seja de 10 mícrons. A relação massa / seção transversal da partícula será de cerca de 20 gramas por metro quadrado. Em órbita próxima à Terra, a pressão da luz solar em uma superfície preta é de 5,6 μN / m2. Assim, a luz do sol deslocará nossa cortina de fumaça perto da Terra com uma aceleração de 0,2 milímetros por segundo por segundo, o que é bastante realista para compensar a operação dos motores da frota oculta.


Algo semelhante foi usado em Gundam, uma citação da qual foi adotado como o nome da seção. A única diferença é que foi utilizado um plasma frio de partículas elementares exóticas como cortina de fumaça, que era completamente leve, produzido por reatores termonucleares de navios em quantidades quase ilimitadas e, finalmente, também o ocultou dos radares. Fuligem contra radares é inútil, mas existem outros meios contra eles. Mas muita fuligem pode ser um problema.

Vinte gramas por metro quadrado, quando convertidos para um quilômetro quadrado, se transformam em vinte toneladas. Suponha que desejemos encher uma esfera com um diâmetro de 20 quilômetros de fuligem, para que a densidade superficial desejada seja alcançada a uma profundidade de 1 km, desde que as partículas sejam distribuídas uniformemente. I.e. a uma densidade de fuligem de 20 toneladas por quilômetro cúbico. Vamos precisar de pouco menos de 84 quilotons de fuligem. Muito? Bem, como posso dizer - uma quantidade próxima de carbono está contida em um asteróide da classe C com um diâmetro médio de 20 metros. Portanto, para cobrir a base da frota nos mesmos asteróides ou perto deles, esse método é bastante adequado.


Matilda é um asteróide típico da classe C.

Discrição tática

E assim, voamos para o planeta inimigo quando ele não nos esperou usando um dedal ou cometas artificiais. O que vem a seguir?

Em primeiro lugar, a mesma fuligem. Cerca de cem toneladas de fuligem são suficientes para instalar cortinas de poeira locais de vários quilômetros de comprimento - o transportador se encaixará no papel de alvo falso. Mas nessa situação, também é possível um furto "real" - invisibilidade completa para sistemas de detecção de inimigos. O fato é que não estamos mais separados do inimigo por meses de vôo, mas por dezenas de horas, para que não possamos irradiar devido à liberação de calor na neve de hidrogênio.

Imagine uma nave na proa da qual é um tanque preto-preto com hidrogênio sólido. O calor específico da fusão do hidrogênio é de 59 kJ / kg. A constante solar em baixa órbita terrestre é 1367 W / m2. O comprimento total do tanque de 14,3 metros (comprimento, considerando o local sob o hidrogênio derretido) virado para o Sol (ou seja, tendo uma tonelada de hidrogênio por metro de superfície iluminada) absorverá a luz do sol enquanto mantém a temperatura de derretimento desse hidrogênio por pouco menos de 12 horas. Calor gerado pelos sistemas de tripulação e navio? Sua contribuição pode ser negligenciada porque a mesma "União" tem quilowatts suficientes para uma tripulação de três pessoas.

Obviamente, esse método de ocultar um navio só funciona durante um vôo balístico. Mas a manobra de alcançar o alvo pode e deve ser realizada sob o disfarce de toda a mesma fuligem.

Um caça furtivo construído usando essa tecnologia usando motores líquidos pode ter as seguintes características:

Diâmetro - 2 metros
Comprimento - 25 metros, dos quais:
Tanque de hidrogênio - 14,3 metros
Oxigênio - 6 metros.
Motor de foguete - 1 metro.
Compartimento de controle e armamento - 3,7 metros.
A equipe é de 0-1 pessoas.
A massa de combustível é de 22 toneladas.
A massa dos tanques e do motor é de 3 toneladas.
A massa do compartimento de controle é de 2 toneladas.
A massa da arma é de 3 toneladas (mísseis).
Massa inicial - 30/27 toneladas (com e sem armas).
A massa final é de 8/5 toneladas.
Velocidade de expiração - 4,3 km / s
Delta Ve sem armas - 7,25 km / s

As táticas de uso são sair do compartimento de carga de uma nave espacial fretada no "espaço internacional" sob a cobertura de uma cortina de fumaça, girar os aceleradores até o alvo, esgueirar-se para ele, lançar mísseis e sair sem truques.

E agora um caça nuclear:

Diâmetro - 2 metros
Comprimento - 20 metros dos quais:
Tanque de hidrogênio - 14,3 metros
NRE com bioproteção - 2 metros.
Compartimento de controle e armamento - 3,7 metros.
A equipe é de 0-1 pessoas.
A massa do fluido de trabalho é de 3,14 toneladas.
A massa dos tanques e o motor é de 4 toneladas.
A massa do compartimento de controle é de 2 toneladas.
A massa da arma é de 3 toneladas.
A massa inicial é de 12,14 / 9,14 toneladas (com e sem armas).
A massa final é de 9/6 toneladas (com e sem armas).
Velocidade de expiração - 9 km / s
Delta Ve sem armas - 3,78 km / s

O peso seco aumentou em tonelada para dar conta da proteção biológica. O Delta-Ve mergulhou porque o impulso específico do NRE em fase sólida não compensou a dramática diminuição da massa reativa e a adição de proteção biológica.

Obviamente, um lutador furtivo será capaz de efetivamente atacar apenas alvos lentos. Por exemplo, interferômetros espaciais de longo alcance e com vários quilômetros.