Правда ли? Ведро гаек способно уничтожить любой космический объект
Данный материал выкладывается на сайт из блога коллеги youroker-а на сайте warhead.su.
Содержание:
Уничтожить любую космическую цель проще простого — достаточно рассыпать ведро гаек на её орбите. Так гласит популярное мнение. Но так ли это на самом деле или перед нами — лишь бессмысленный миф? Попробуем разобраться.
Если что, мы рассыпаем гайки!
Космос — пока ещё место мирное, там нет войн и конфликтов. Тем не менее любая крупная держава задумывается и о его военном применении. Например, там можно разместить системы ПРО, подвесить ядерные бомбы или вообще вывести на орбиту настоящий бомбардировочный линкор. Пока, разумеется, всё это не более чем проекты. Но стоит начать обсуждать один из них, как сразу появится специалист, который с апломбом заявит: «Это всё глупость полнейшая, достаточно ведра гаек — и ваш космический линкор будет уничтожен».
На первый взгляд, в этой идее и правда что-то есть. Обычная скорость объекта на низкой земной орбите — примерно 7,6-7,9 километра в секунду. Если предельно упростить: энергия столкновения — это произведение массы на квадрат скорости. В случае с гайкой масса мала, но вот скорость огромная. И даже при весе гайки в 16 г столкновение будет крайне неприятным.
Энергия такой гайки на скорости 16 км/с (столкновение на встречном курсе) примерно такая же, как у полкило тротила.
И если «высыпать» на орбите противника некоторое количество таких поражающих элементов, его космическим объектам придёт гарантированный каюк. Единственно не ясно — почему оружие из гаек не стоит на вооружении ни у кого в мире? Заговор? Или сговор? Или же всё не так просто?
Почему-то современное противоспутниковое кинетическое оружие совсем не напоминает вёдра с гайками. Как так?
В обыденном представлении космос — очень небольшое место. Так нам показывают в научной фантастике — и в книгах, и в фильмах. Пара минут полёта — и герои уже на новой планете. Вот только на самом деле космос очень — нет — ОЧЕНЬ большой. Свободного места там столько, что мы, жители маленького островка пыли, и представить себе не можем. Это применимо и к орбитам. Пусть там и не бесконечное пространство, но его всё равно очень много. Если примерно посчитать объём только низкой орбиты (от 160 до 2000 километров), получим жуткую цифру 114 855 287 (округлённо — сто пятнадцать миллионов) кубических километров.
Злая математика
Давайте посчитаем. Предположим, нам надо уничтожить спутник-кубик с длиной граней два метра. Это достаточно большой объект. Для этого нам хватит плотности покрытия в одну гайку на квадратный метр, чтобы точно не проскочил. Размеры нашего поля пусть будут десять на десять километров — очень мало по космическим меркам, мы рискуем промахнуться, даже если точно знаем орбиту цели, но для модели сойдёт.
Проводим простейшие расчёты. В нашем абсолютно плоском поле оказывается сто миллионов гаек. Вес каждой гайки (возьмём М16) 0,016 кг. Значит, всего один слой нашего поля весит 1 600 000 килограмм, или 1600 тонн.
Это не ведро и не вагон — это товарный поезд. И речь только об одном слое, а хотелось бы иметь хотя бы два, чтоб наверняка.
Напомним: полезная нагрузка, которую выводил «Сатурн-5» на низкую орбиту, — примерно 140 тонн, «Энергия» — 100 тонн.
Способ с гайками уже не выглядит дешёвым и эффективным, не правда ли?
Абсурдно гигантская ракета Sea Dragon выводила бы 550 тонн на низкую околоземную орбиту. Это даже не половина от желаемого
Но и это далеко не всё! В примере выше поле поражающих элементов было сформировано магическим образом — просто появившись с нужной плотностью. В реальности, если мы «просто» вывалим гайки из ракеты, они образуют скорее что-то похожее на длинное и узкое веретено, а не на «стену» из гаек. А значит, их надо разводить. У гайки нет своего моторчика, она не может погасить импульс, когда займёт положенное ей место, — поле не остановится на заданной плотности, а продолжит расширяться, пока совсем не рассеется. Но вернёмся к нашей ситуации и снова начнём считать.
Гайка М16
Разведение гаек начинается из одной точки — носителя. Простейший (да и, по сути, единственный) вариант — придать изначальный импульс гайкам слабеньким взрывом. Пускай мы заморочились — наши «поражающие элементы» расходятся не сферой, а полусферой в направлении цели. В качестве ракеты возьмём «Протон-М».
Предположим, что вся его полезная нагрузка в 22 тонны — это гайки. Система разведения и система наведения условно ничего не весят. То есть с собой мы взяли миллион триста семьдесят пять тысяч гаек весом 0,016 килограмма.
Теперь нам надо понять, какой радиус сферы даст нам площадь в 1 375 000 квадратных метров (искомая одна гайка на квадратный метр). Вспоминаем геометрию и считаем. Площадь делим на 4 π и извлекаем квадратный корень, результат — 330,8 метра. По условию мы добились того, что взрыв у нас направленный, полусферой, а значит, искомый результат становится аж 467 метров.
Отлично — или всё же нет?
Итак, подорвать наш «боеприпас» мы должны на дальности этих несчастных 467 метров от цели — пистолетная дистанция по космическим меркам. И это мы взяли аж целый «Протон-М», крупный и крайне уязвимый космический «грузовой автобус»… А ещё нам нужна хорошая система наведения и орбитального маневрирования, системы обнаружения цели, чтобы вовремя произвести подрыв. Всё это занимает ту самую полезную нагрузку, а значит, наших гаек всё меньше и надо направлять их всё точнее. В итоге приходим к тому, что если мы можем обеспечить наведение нужной точности «ведру» гаек, то точно так же можем просто поразить цель прямым попаданием.
И кстати. Всё это время мы считали, что цель не маневрирует. Если же разрешить ей уклоняться — всё станет ГОРАЗДО сложнее…
Мусор нас погубит?
Итак, «ведро» гаек — не супероружие для контроля над космосом. Но откуда родился этот миф?
Частично из бытовой логики. Космос нам кажется маленьким, и его как будто «легко» заполонить маленькими гайками. Они же лёгкие и их много! Второй источник — многочисленные истерики по поводу космического мусора. Многие наверняка смотрели дурацкий фильм «Гравитация», где один взорванный «злыми русскими» спутник уничтожает все космические объекты — просто потому, что это красиво. Часто слышны и разговоры, что ещё чуть-чуть — и мусор так заполонит космос, что с Земли даже взлететь будет нельзя. Вот только по сути это ситуация а-ля «учёный изнасиловал журналиста».
Красивые кадры из фильма «Гравитация» 2013 года
Проблема загрязнения космоса есть, вот только касается она немногих «популярных», активно используемых орбит. Вроде геосинхронной. И это загрязнение вовсе не означает неизбежное уничтожение всего летающего, а лишь повышенную опасность повреждения спутника в достаточно длительный промежуток времени.
Космические объекты сейчас делают долгоживущими. Если частота столкновений возрастёт, бизнес-модели придётся серьёзно пересматривать. А переход на новые орбиты — большая трата денег.
В такой ситуации экономический вред от мусора и правда велик. Но ничего общего с «всеуничтожающим» облаком обломков из панических рассказов о синдроме Кесслера.
Проблему космического мусора обычно иллюстрируют такими картинками. Выглядит страшно, пока не понимаешь, что изображённые на ней космические аппараты в реальности имели бы размер в сотни километров
Космос — сложная штука, и потому ничего удивительного нет в том, что простые, «житейские» решения, кажущиеся нам такими эффективными, там не работают. Чтобы это понять, вполне достаточно обычной математики за шестой класс. Вот только многим проще «прикинуть на глазок и использовать логику», чем посчитать. Не будьте такими!
источник: https://warhead.su/2019/12/13/pravda-li-vedro-gaek-sposobno-unichtozhit-lyuboy-kosmicheskiy-obekt
