# Оружие и защита космических кораблей

Григорий Викторович Захаров

Основано на трудах коллеги Салтыкова, тексте коллеги Роберта, перспективных идеях из НАСА и других мест.


Защита кораблей (пассивная)

По умолчанию стоит защита от космического излучения и от микрометеоров.

Космические лучи - протоны, нейтроны, и альфа-частицы солнечного ветра и ГКИ, плюс фотоны жесткого излучения - рентген и гамма.

Микрометеоры - скорее всего характерной массы до грамма и скорости до десятка км/с.


Защита может быть:

- броня композитная из лёгких сплавов и полимеров. Пример - внешний слой - 5 см графита + 5 см пластика, 90 см вакуума, пластиковая силовая стенка 190 см, стальная/титановая/алюминиевая силовая стенка 5 см. Поверхностная плотность - около 2 тонн на м2. Можно и больше. А в орбитальных станциях даже нужно.

- магнитный кокон/магнитный парус для отклонения заряженных частиц(не фотонов!). Не менее мегаватта на источниках магнитного поля.

- магнитоплазменный щит/магнитный парус - кокон, насыщенный ионами/плазмой. Много больше мегаватта на квадратный километр площади защиты + расход вещества на ионы/плазму в щите. Все плюсы магнитного кокона/паруса + при высоком насыщении защищает от гамма-радиации и микрометеоров, может работать аэротормозом.


Броня/щиты должны закрывать все уязвимые части корабля. Фактически - всю технику и всё живое.

Но бронёй не укрыть радиаторы, да и магнитоплазменным щитом тоже не стоит.

Закрывать коконом или щитом я бы не стал активную зону и сопла двигателей - возвращать их излучение и выхлоп кораблю опасно, а просто тормозить вредно и бесполезно.

А щитом и бронёй не прикрыть антенны и сенсоры.


Оружие кораблей


В итоге умолчальная защита кораблей защищает также от:

- поражающих факторов ядерного взрыва в вакууме - светового излучения, нейтронного потока.

- пучкового оружия - протонного/нейтронного/альфа-излучения.

- лазерного оружия - абляционный слой на поверхности брони


Конечно, продавить можно временем воздействия на одну точку или силой удара, но затраты будут огромные.


Какие остаются варианты именно поражающего оружия.

Начнём с не самых удачных. С ядерного оружия.


Самый здравый вариант - гамма-лазеры с ядерным поджигом. Они же лазерные бомбы/боеголовки.

Рентгеновский лазер на 1 кТ луча - всего 3 тонны активной среды с накачкой от 50-100 кТ боеприпаса. На 1 МТ - 3 тысячи тонн с соответствующим поджигом (50-100 МТ боеприпас).

Поражающее действие по броне умеренное - если считать для 1 кТ по полной ионизации (после которой вещество становится прозрачным для рентгена) - порядка 90 кг углеводородов либо других соединений элементов из начала таблицы. Элементы с номером большим либо равным активной среде лазера рентген полностью не ионизирует - у них потенциал отрыва последнего электрона не ниже энергии излучаемого при возвращении кванта - рентген будет греть плазму. Импульс от испарения ~100 кг пластика 1 кТ-лучом будет где-то 3*10^7 Н*с. С учетом хотя бы метрового разнесения не пробьет даже метра бронепластика.


Второй здравый вариант - контактный подрыв ядерного боеприпаса. Проблема взрывов в вакууме в сферическом разлёте результатов взрыва и ослабления энергии удара из-за этого пропорционально квадрату расстояния - на расстоянии в 10 метров мы получим в 100 раз меньше урона, чем при взрыве "на обшивке", на расстоянии в 100 - в десять тысяч раз меньше. А при контактном подрыве боеприпаса мегатонного класса есть шанс перегрузить защиту. Также уместно против стационарных объектов на планетах/астероидах.

Аналогично - к прочим, более слабым фугасам.


Третий здравый - размещение ядерного боеприпаса внутри среды. Это позволит при подрыве получить:

- или разгон частиц этой самой среды - некоторое подобие осколочной бомбы, только со скоростями осколков в добавочные десятки километров в секунду. Правда, тогда "среда" = керамические/металлические плиты с графитовой обмазкой.

- или электромагнитный импульс. ЭМИ - чуть ли не единственный поражающий фактор, уверенно достающий космические корабли. Но требуется большое количество ионизируемой среды: металла, жидкости или газа.


Дальше.

Энергетическое оружие не на ядерной накачке - те же лазеры, волоконные например, мазеры и прочее.

Волоконный лазер может обеспечивать плотности энергии до 100 МВт/м2 и КПД в 25%, т.е. нужно в 4 раза больше энергии на питание лазера, чем будет в луче, и в 3 раза больше, чем в луче, нужно отводить на радиаторы, не считая затрат на охлаждение линзы.


Плюсы:

- скорость атаки равна скорости света.

- можно относительно легко наводиться по азимуту и высоте.

- не требует боеприпаса, только энергию и запасные части. (химические лазеры боеприпасы требуют и потому неинтересны.)


Минусы:

- ограниченность наведения по дальности фокусировкой линзы - либо малая скорость наведения по дальности при наличии линзы с переменным фокусным расстоянием - либо малая плотность энергии без фокусировки.

- относительная слабость против абляционной защиты - при интенсивности 60 МВт/м2 за секунду будет испаряться всего 0.5 мм графита - слой в 3 см (60 кг/м2 площади) продержится минуту. Против металла эффект выше, испарение алюминия будет идти почти в шесть раз быстрее - т.е. слой в 3 см испарится всего за 11 секунд. Примерно.


Дальше.

Пучковое оружие.

Оно же ускорители частиц. Оно же плазменные и термоядерные двигатели.


Плюс - из-за пика Брэгга частицы поглощаются - и соответственно выделяют энергию - внутри цели. Для энергии протонов в 400 МэВ (скорость 0,94с) глубина проникновения в металл 50-100 см. При меньших энергиях проникновение соответственно менее глубокое.


Минусы:

- частицы являются природной угрозой в космосе, поэтому все умолчальные защиты нацелены на противодействие именно этому поражающему фактору.

- пучки довольно быстро рассеиваются из-за электростатического отталкивания.

- не всякий двигатель способен выдать частицам приличную энергию.


Энергия частиц ионных и плазменных двигателей - до сотни эВ, энергия частиц нейтронного ТЯРД - 14,7 МэВ (глубина поглощения сантиметры). Для сравнения - энергия частиц солнечного ветра от единиц кэВ до нескольких ГэВ, ГКИ - от десятков МэВ до тера, пета, экса и более эВ. Энергия частиц в ускорителях-циклотронах - до 20-25 МэВ, БАК умеет разгонять частицы до 7 ТэВ с потреблением 180 МВт энергии на несколько нанограмм водорода.


В принципе, если прижмёт, двигатель в роли пушки использовать можно - мегаватт в потоке это всё равно мегаватт = 250 грамм тротила в секунду. Но меньше чем от ТЯРДа в высокоэнергичном режиме (14,7 МэВ на частицу, 3 ГВт общей мощности = 0,75 тонны тротила в секунду) особого пучкового эффекта можно не ждать.


Дальше.

Кинетические снаряды. Передают в цель энергию своего движения. Изрядно пропиарены эффектом массы.

Всем известные болванки, каморники, осколочные снаряды, шрапнель и картечь, кумулятивные боеприпасы и прочее.


Плюсы:

- Самый энергоёмкий тип после ядерного. 3 кг чугуна на скорости в одну сотую световой - килотонный боеприпас. Тысяча тонн чугуна на скорости в жалкие 100 км/с, в 40 раз медленнее - мегатонный. А ещё при скоростях от 0,01с возникают термоядерные реакции в точке удара.

- Самый простой - это про болванки и картечь.

- Универсальный - можно подобрать боеприпас под любую задачу.

- Дальнобойный. Сфокусированный лазер расходится уже чуть в стороне от точки фокуса, параллельный - в зависимости от длины волны, но в любом случае - световые минуты. Пучок частиц расходится в зависимости от скорости, но тоже почти сразу. Ядерное оружие выходит из строя через десятилетия, а простая болванка может лететь миллиарды лет. Можем запустить болванку в другую галактику - и через несколько миллиардов лет она таки туда долетит и даст кому-нибудь по башке.

- В космосе - при космических полётах - какая-то скорость есть всегда. Скорость корабля, который запустил снаряд.


Минусы:

- Скорость. Она всё-таки не световая, а ведь попасть проблема даже при световой, на космических-то расстояниях.

- Затраты. Основная энергия снаряда - в его скорости, а её нужно как-то сообщить, дополнительная - в его массе, её тоже нужно откуда-то взять. (Боеприпасы)

- Сложность разгона. Чтобы сообщать грузу жалкие километры в секунду, человечеству пришлось научиться строить баллистические ракеты. Чем выше скорость, тем сложнее её передать.

- На снаряды действует гравитация и в отличие от лучей и пучков частиц - действует заметно даже при небольшой гравитации.


Но несмотря на это, в любом случае кинетика - самый главный кандидат на "главный калибр" космических кораблей.


Оружие на других принципах - гравитационное, варп, псайкерское итд - не рассматриваем.


Средства доставки.

Их глобально два - "пушка" и "ракета". В первом варианте транспортное устройство остаётся у стреляющего, "ракета" же улетает вся.

Пушки - химические (порох и другие вещества), электрические (рейлган и гауссган), газовые, плюс к ним можно отнести разгонные излучатели.

Ракеты соответственно используют ракетные двигатели - газовые, химические, электрические, ядерные, термоядерные.


Ракеты позволяют без проблем достигать больших скоростей - сотни и тысячи километров в секунду, активно использовать системы наведения и разные боевые части. Ракеты, например, с кинетической или с гамма-лазерной БЧ и химическими или ядерными двигателями (электрические имеют малую тягу, термоядерные значительно более сложны) - выглядят замечательно.

Противопланетные могут быть и с ядерной БЧ - те же тандемные противоастероидные заряды.

Кстати, есть нюанс, который в разных играх понимают строго наоборот - чем больше ракета, тем она быстрее - или полезного груза больше при той же скорости. Но обычно - и: и ПГ выше, и скорость.

Кроме того, ракета может быть многоступенчатой, с возвращаемой первой ступенью - пресловутый палубный истребитель.


Пушки на кораблях - способ выбросить в космос что угодно, или как вариант - много и быстро, но не с большой скоростью. Опять-таки фактические двигатели.

Из пушек в космосе есть смысл применять гауссы разных калибров - как универсальную катапульту низкой скорости(сотни м/с), не требующую веществ.


Рейлган хоть и может в пределе выжать 10 км/с - но изнашивается за считанные выстрелы, ракеты всё равно могут больше и не превращают снаряд в плазму, которая в космосе быстро рассеивается.

Химические пушки дают слишком малую скорость при затратах топлива, высокую отдачу, высокие перегрузки. Скрэм-пушки требуют большой длины для разгона до высоких скоростей и имеют остальные проблемы химических пушек.

Газовые скорее даже не пушки, а катапульты, проигрывают по удобству, эффективности и затратам рабочего тела гауссам.

Разгонные излучатели - вещь прекрасная, но разговор отдельный. Не для космических кораблей - поскольку требуют очень много энергии или специфических снарядов. Планетное или системное оружие - "Рой Светлячков".


Собственно, разделение по применению оружия космических кораблей таково:

- "главный калибр".

- "вспомогательное оружие".

- активная защита.


Осталось последнее. Активная защита.


АЗ может действовать двумя способами:

- непосредственно сбивать снаряд или носитель.

- или выставлять отклоняющую/разрушающую завесу на возможных путях подлёта.


Что характерно, очень высокая скорость снаряда здесь не нужна - носитель или снаряд сами несут достаточно энергии для разрушения при столкновении. А малое время реакции - нужно. Поэтому это задачи пушек. Кинетических и лазерных.

Выглядит кинетическое оборонительное орудие примерно так:

http://cs7.pikabu.ru/post_img/2014/06/16/8/1402920803_1171883430.jpg

Многоствольное - чтобы обеспечить залп большого количества снарядов одновременно или длинную очередь.

Каждый из стволов сам по себе гаусс-пушка, после отстрела блок стволов снимается на перезарядку, а другой встаёт на место - и в результате скорострельность что мгновенная, что непрерывная не хуже, чем у всяких автоматов.

Боеприпасы могут быть как корректируемыми перехватчиками с разными БЧ, вплоть до нейтронных, так и носителями вещества завесы.


Лазерное оборонительное орудие - просто лазер непрерывного действия, испаряющий снаряд. Скорее всего, параллельный, а не фокусируемый линзой, чтобы избавиться от ограничения на расстояние сведения, но с плотностью энергии из-за этого относительно малой.

За счёт испарения снаряд отклоняется и тормозится, и заодно у него выгорают сенсоры системы наведения.


Общее резюме:


Космические корабли оснащаются следующим.


Пассивная защита:

- композитная разнесённая броня (графит + пластик + металл). (масса)

- магнитный кокон. (энергия)

- магнитоплазменный щит. (много энергии)


Активная защита:

- кинетические многоствольные орудия ПКО. (масса)

- лазерные орудия ПКО. (энергия)


Вооружение:

Главный калибр:

- ракеты с ЖРД, РДТТ или ЯРД, несущие кинетические, гамма-лазерные или другие БЧ.

- бомбы, запускаемые с пролётной траектории кораблем. Яркий пример - "Слёзы Кассандры" из книги Роберта: их сбрасывали корабли, летящие на 0,5с, до начала торможения. (скорость носителя)


Вспомогательное оружие - всё остальное.

Неспособное размолоть вражеский корабль самостоятельно.

Но то, что может выжечь антенны, спалить сенсоры, заставить сбоить технику корабля, просто повредить его.

- ядерная ЭМИ бомба/БЧ.

- неядерное энергетическое оружие - те же лазеры и прочие излучатели вроде главных двигателей.

- орудия ПКО.

- и боевые роботы разных типов.


Дополнение 07.2018


Как я узнал не так давно, есть отличная система моделирования космического снаряжения, оружия и брони. Children of a Dead Earth - https://store.steampowered.com/app/476530

Из достоинств - моделируется кинетическое вооружение(огнестрел, гауссганы, рейлганы), лазеры, ракеты, ядерные БЧ и их взрывы; разнесённая и неразнесённая броня, двигатели типов ЖРД, ЯРД и ЭРД, маневры в космосе, и что-то я точно забыл.

Из недостатков - не моделируются несуществующие технологии: ТЯРДов нет, экзотических ЯБЧ нет (описанных здесь ЭМИ-бомб, ядерных осколочных зарядов и гамма-лазеров с ядерной накачкой), динамической брони нет ни в каком виде - ни в завесном, ни в отделённо-экранном, ни в щитовом; не моделируется РЭБ, да и вообще наблюдение и связь сделаны как-то по умолчанию.

Но в общем, отличная вещь.

Сборник текстов из игры - https://childrenofadeadearth.wordpress.com/