Оружие космической войны: чем стрелять в глубинах вселенной?

Оружие космической войны: чем стрелять в глубинах вселенной?

Любой спор о космической войне в итоге станет спором о космическом оружии. Попробуем рассмотреть, чем можем стрелять мы и чем будут стрелять в нас на бескрайних просторах Солнечной системы.

Содержание:

Варианты для сражения

Всё оружие, пригодное для войны в космосе, можно условно разделить на три типа: лучевое, артиллерийское и ракетное. Чтобы лучше понять тактическую разницу между ними, сайт Atomic Rockets предлагает следующую аналогию: мелкокалиберная винтовка (лучевое), дробовик (артиллерийское) и служебная собака (ракетное).

Мелкокалиберная винтовка стреляет далеко и точно, но урон от её лёгких пуль невелик. Дробовик наносит тяжелейшие раны, но опасен только вблизи. Наконец, служебная собака способна преследовать врага долгое время и самостоятельно планировать атаку, но её можно отвлечь или застрелить.

Сразу оговоримся: когда мы говорим о дальности оружия в космосе, то говорим об эффективной дальности. То есть той дальности, на которой оружие может поразить цель с вероятностью, хоть как-то оправдывающей стоимость выстрела. Запущенный с достаточной скоростью кирпич может лететь в буквальном смысле тысячелетиями, преодолевая при этом световые годы, но (если речь не идёт о бомбардировке планеты) цель едва ли будет всё это время оставаться на прежнем курсе…

Теперь рассмотрим каждый из типов по отдельности.

Лучевое оружие

Всё лучевое оружие делится на два основных подтипа: лазеры и ускорители частиц.

Лазеры (фотонные излучатели) поражают цель сфокусированным лучом когерентных фотонов. То есть, проще говоря, — очень «выровненным» излучением, которое специальная линза или зеркало фокусируют на цели.

Лазерная станция Zenith Star с химическим мегаваттным лазером

К преимуществам лазеров относятся их высокая точность и дальность действия. Лазерные лучи движутся со скоростью света — предельной скоростью во Вселенной. Увернуться от лазерного луча намеренно невозможно — вы заметите луч только тогда, когда он в вас попадёт. Кроме того, распространению лазерного луча в вакууме практически ничего не мешает.

Вопреки распространённому мифу, от лазеров нельзя защититься зеркальным покрытием. Во-первых, не факт, что оно будет эффективно отражать именно на длине волны неприятельского лазера. Во-вторых, никакое зеркало не бывает абсолютным, и, если достаточная энергия луча сконцентрируется на небольшой площади, зеркало расплавится как миленькое. Фокусирующие зеркала самих лазеров избегают расплавления, распределяя энергию луча по большой площади, но на цели луч собран в маленькую точку.

За это лазеры расплачиваются относительно слабым поражающим действием.

Эффект воздействия сводится к нагреву поверхности цели. Лазеры непрерывного действия передают энергию сплошным потоком, импульсные — серией очень коротких импульсов высокой интенсивности, заставляющих поверхность цели буквально взрываться.

Особенностью, присущей исключительно лазерам, является возможность повторной фокусировки луча. Если цель находится далеко за пределами фокусирующих возможностей нашего лазера, то луч к ней прибудет слишком широким, чтобы причинить какой-то урон. Но если мы расположим рядом с целью ещё одно фокусирующее зеркало (например, доставив его на беспилотном аппарате), то оно примет широкий луч нашего лазера и повторно сфокусирует его — уже на цели.

Таким вот хитрым способом можно послать лазерный луч на миллионы и десятки миллионов километров, хватило бы только промежуточных зеркал.

Использовать отдельные зеркала для перенаправления лучей боевых лазеров к целям предлагали ещё в программе СОИ.

Из этого вырисовывается интересная концепция: кораблям, находящимся в непосредственном контакте с неприятелем, иметь на борту собственные лазеры, в общем-то, и не нужно. Им достаточно заполучить фокусирующие зеркала — лучи будет «пересылать» остающийся в безопасном тылу корабль-«лученосец» с мощной силовой установкой и огромными радиаторами.

Ускорители частиц поражают цель сфокусированным пучком заряженных частиц (электронов или ионов) или нейтральных атомов. Частицы разгоняются до околосветовых скоростей в линейном или циклическом ускорителе и затем фокусируются на цели с помощью специальных магнитных линз.

Ускорители частиц также рассматривались в программе СОИ

В отличие от почти лишённых массы фотонов, которые передают всю свою энергию поверхности цели, массивные (ну, относительно…) атомы и ионы при попадании проникают далеко вглубь, отдавая энергию по мере торможения. Заряженные частицы при этом ещё и испускают «тормозное» гамма-излучение, что делает их особенно опасными для плотно упакованной микроэлектроники.

Интересно, что люди — в кои-то веки! — более устойчивы к обстрелу заряженными частицами, чем электроника.

Активное применение в бою ускорителей заряженных частиц является одним из немногих способов обосновать необходимость пилотируемых боевых кораблей в космосе.

Однако пучок заряженных частиц подвергается не только тепловому, но и электростатическому рассеиванию: одинаково заряженные частицы отталкиваются друг от друга — и быстро теряют фокусировку. Кроме того, выстрел заряженных частиц могут отклонить внешние магнитные поля (например, магнитосфера планеты) или защитные магнитные поля, сгенерированные самой целью. Поэтому эффективная дальность стрельбы ионами и электронами по космическим меркам невелика.

Нейтральные частицы подвергаются только тепловому рассеиванию. На них не влияют внешние магнитные поля, что тоже является большим плюсом. С другой стороны, разогнать нейтральные частицы непросто: приходится сначала разгонять заряженные, а затем нейтрализовать их (добавляя или отнимая электроны) на выходе из «ствола». Нейтрализация сама по себе нарушает фокусировку пучка — впрочем, считается, что всё-таки в меньшей степени, чем взаимное отталкивание в пучке заряженных частиц.

Экспериментальный излучатель нейтральных частиц, побывавший в космосе в рамках эксперимента BEAR

Интересно отметить, что все виды лучевого оружия могут быть соединены в одной системе. Например, FEL-лазер (лазер на свободных электронах) использует для накачки лазерного луча разогнанные ускорителем электроны — то есть может заодно служить и излучателем заряженных частиц. Вполне возможно представить «комбинированную» лучевую пушку, которая будет способна стрелять как заряженными, так и нейтральными частицами (нейтрализуя заряженные на выходе из ствола), а также сможет подрабатывать и системой накачки лазера.

У большинства типов лучевого оружия имеется фундаментальный недостаток: оно чрезвычайно энергоёмко. Ни лазеры, ни ускорители частиц рекордов по КПД не держат — скорее уж, наоборот, тратят большую часть энергии впустую — и для их питания нужны огромные и мощные силовые установки. Кроме того, лучевое оружие не в ладах с тепловым балансом. Из-за низкого КПД энергетические пушки и их системы питания вырабатывают огромное количество избыточного тепла. Избавиться от которого в вакууме примерно так же «просто», как остудить кипяток в термосе.

Огромный боевой корабль Solar Lance из игры Children of the Dead Earth: по сути дела, гигантский летающий лазер с реакторами и радиаторами. «Шаттл» приведён для масштаба

Всё это наводит на мысль, что лучевое оружие больше подходит для крупных и неповоротливых кораблей, нежели мелких и шустрых. Исключением может быть то лучевое оружие, которое использует расходуемый «боеприпас», а не электричество. Например, химические лазеры, в которых накачка осуществляется реакцией химических компонентов. Или «гаубицы Касаба» — направленные ядерные заряды, метающие в цель струю сверхскоростной плазмы. Однако такое оружие ограничено имеющимся боекомплектом, в то время как электрические орудия могут работать непрерывно, пока подаётся ток и отводится тепло.

Артиллерия

Прежде чем говорить об артиллерии, попробуем провести грань между ней и ракетным оружием. В космосе это не так-то просто! Например, космический рельсотрон может стрелять управляемыми снарядами, имеющими собственные двигатели — то есть ракетами. С другой стороны, ракета «космос-космос» может использовать тот же рельсотрон в качестве стартового приспособления…

Орбитальный рейлган

Я предпочитаю классификацию, основанную на характеристической скорости (дельта-V) — то максимальное изменение собственной скорости, которое космический аппарат может проделать, полностью выработав весь запас рабочего тела. Если оружие получает больше половины своей характеристической скорости от пускового устройства, то это артиллерия. Если меньше — это ракета.

Принцип действия артиллерии довольно прост: забросать возможные траектории противника возможно бо́льшим количеством относительно дешёвых боеприпасов. В качестве пусковой установки можно использовать рельсотроны, пушки Гаусса (это не одно и то же!), легкогазовые пушки, прямоточные ускорители и т. д. В самом примитивном случае снаряды могут быть просто металлическими болванками или зарядами шрапнели. В более сложном — иметь собственные маневровые двигатели и системы наведения, чтобы самому корректировать траекторию.

Есть правило, что снаряду, который встречается с целью на скорости более трёх км/с, взрывчатая начинка уже и не нужна — энергия, выделяющаяся при столкновении, превосходит энергию, выделяемую эквивалентной массой взрывчатки.

Эффективность артиллерии зависит от двух факторов. Первый — дистанция до цели, выражаемая в виде времени полёта снарядов. Второй фактор — манёвренность самой цели. Чем больше время полёта снарядов и чем активнее противник способен от них уворачиваться, тем бо́льшую область пространства приходится «засевать» снарядами, чтобы получить шанс на попадание.

Не стоит забывать, что противник может попытаться сбить несколько снарядов, чтобы расчистить себе выход из «поля».

В целом же любая артиллерия — это оружие ближнего космического боя.

Из этого следует вывод, что артиллерийское вооружение эффективнее для небольших манёвренных кораблей, чем для крупных и неповоротливых единиц. На дистанции боя, с которой орудия небольшого эсминца смогут уверенно поражать массивный дредноут, ответный огонь дредноута по эсминцу будет неэффективен — ведь дредноут неповоротлив, а эсминец способен активно уклоняться от летящих в него снарядов.

Ракеты

Ракеты — это управляемые снаряды, получающие бо́льшую часть дельта-V из своих бортовых запасов. Их главное преимущество — способность значимо корректировать свою траекторию в полёте, наводясь на корабль противника.

Ракетное оружие тоже делится на два подтипа: собственно ракеты и торпеды. В чём же между ними разница? В основном в двигателе.

Ракета имеет двигательную установку, выбранную из соображений максимальной кратковременной эффективности. Например, твёрдотопливную. Боевая ракета может развивать значительно бо́льшее ускорение, чем обычный корабль, но её запас дельта-V ограничен, и она не в состоянии выполнять сложные орбитальные переходы — вроде изменения наклонения орбиты.

По сути, ракету можно отнести к «дальнобойной артиллерии»: она способна корректировать траекторию куда больше, чем обычный снаряд, но всё же не до такой степени, чтобы гарантировать попадание всегда и везде. Если время полёта ракеты достаточно велико, то цель может изменить траекторию так, что ракета не последует за ней.

Рой кинетических перехватчиков устремляется к цели

Основное преимущество ракеты перед артиллерией — она вообще не требует от корабля-носителя каких-либо бортовых ресурсов, энергии, или охлаждения. Ракетное вооружение может быть установлено на любые корабли и использовано все разом, без ограничений по скорострельности. Оборотной стороной является низкая масс-эффективность ракет: каждая единица боеприпаса вынуждена таскать на себе весь свой запас дельта-V.

Торпеда же имеет двигательную установку, сравнимую с обычными корабельными двигателями, и дельта-V, сравнимый с корабельным. По сути дела, торпеда и есть корабль: беспилотный и одноразовый.

Советский «Истребитель спутников» являлся именно торпедой — был оснащён такой же силовой установкой, что и возможные цели, и имел аналогичный запас хода.

Убежать от торпеды невозможно. Торпеда имеет принципиально тот же тип двигателя, что и корабль, а запас хода у неё априори больше (поскольку она одноразовая и лететь домой ей не нужно). Она последует за целью куда угодно. Торпеду, в отличие от пилотируемого корабля, совершенно не беспокоит перспектива израсходовать все запасы рабочего тела и навсегда остаться дрейфовать в космосе.

Если торпеда заставила убегающий от неё пилотируемый корабль выработать до дна свои баки — торпеда победила.

Интересно отметить, что (вопреки часто встречающейся в фантастике модели) носитель торпеде, в общем-то, не требуется. Поскольку торпеда имеет такой же по эффективности двигатель, как и пилотируемые корабли, она может двигаться своим ходом вместе с флотом.

Главный недостаток любых ракет — их можно перехватить по дороге. Да, это относится, в принципе, к любым боеприпасам, но в отношении снарядов артиллерии мы хотя бы можем противопоставить перехвату их количество. Однако ракеты и торпеды — это сравнительно сложные и «дорогие» боеприпасы, перехват которых вполне оправдан. Необходимость иметь собственный двигатель делает их легко заметными, а сложная конструкция — уязвимыми.

Жечь лазером или сбивать противоракетой каждую из сотен летящих в тебя металлических болванок — неблагодарная работа. А вот проделать дырку в баке летящей на тебя ракеты — самое милое дело.

В фантастике ракеты обычно снаряжают мощными атомными боевыми частями. Однако эффективность ядерных зарядов в вакууме не столь уж велика: ударная волна отсутствует, главными поражающими факторами становятся нейтронное и рентгеновское излучение. А их интенсивность падает пропорционально квадрату расстояния от эпицентра.

Наибольшая эффективность термоядерной боевой части, достигнутая на практике, была 5,2 мегатонны на тонну (американская 25-мегатонная B41). Даже если предположить, что технологии будущего позволят нам удвоить эту величину, результаты всё равно нас разочаруют. Стомегатонная супербомба будет весить минимум десяток тонн, но её радиус поражения не превысит и нескольких десятков километров. Простая болванка такой же массы при прямом попадании причинит заметно больше вреда противнику.

Семь отдельных кинетических перехватчиков под обтекателем противоракеты

Скорее всего, космические ракеты и торпеды будут нести разделяющуюся нагрузку из множества боевых блоков разных типов. Это могут быть кинетические перехватчики (рассчитанные на прямое попадание), небольшие ядерные заряды направленного действия и рентгеновские лазеры с атомной накачкой. Такое облако боевых блоков и ложных целей попытается перенасытить противоракетную оборону противника.

Мы рассмотрели три основных вида космического оружия, которые взаимно дополняют друг друга: каждое обладает как достоинствами, так и недостатками. И поскольку технология определяет тактику, то реальные условия войны в космосе будут определяться именно балансом между их развитием.

источник: https://warhead.su/2020/02/13/oruzhie-kosmicheskoy-voyny-chem-strelyat-v-glubinah-vselennoy