В первой части мы поговорили о том, как в очень реалистичном симуляторе космических сражений Children of a Dead Earth выглядит поле боя, какие двигатели используются на кораблях, откуда они берут электроэнергию и каким образом отводят излишнее тепло. Во второй части мы поговорим об оружии и броне.
Флотилия дронов начинает ракетную атаку, противник пытается отвечать зенитным огнем
Оружие
Ракеты
В нашей реальности уже есть ракеты для поражения целей в космосе, и они, конечно же, отличаются от атмосферных версий. В вакууме не нужны аэродинамические рули (зато появляются двигатели ориентации), а ракета может быть любой, даже абсолютно необтекаемой, формы.
На рисунке — советский проект “Истребитель спутников”. Работа системы состояла из нескольких этапов: ракета-носитель выводила истребитель на орбиту, пригодную для перехвата, на первом витке уточнялись орбиты истребителя и цели, истребитель получал корректирующие данные, на втором витке сближался с целью, включал радар и, наводясь самостоятельно, подрывал осколочные боеголовки, поражая цель. Под названием “Полет” в 1960-х были запущены аппараты для проверки системы маневрирования, а в 1970-х проводились испытания с перехватом и уничтожением спутников-мишеней. В одном из испытаний от получения приказа до уничтожения цели прошло меньше 45 минут.
А на этом видео испытания кинетического перехватчика для уничтожения боеголовок баллистических ракет в космосе. Большая встречная скорость означает, что для уничтожения цели достаточно просто столкновения без дополнительного заряда взрывчатки.
В CoaDE ракеты выглядят почти как атмосферные, и главная причина этого — то, что они еще не доработаны. Алгоритм наведения ракеты рассчитан на один поворачивающийся двигатель, расположенный сзади, и логику управления как на видео выше он не умеет реализовывать. Из-за этого ракета не способна держаться строго носом к цели, поэтому приходится покрывать ее броней полностью. Кроме этого, алгоритм наведения часто очень неэкономно расходует топливо, которое банально кончается уже у цели, выключая ракету и делая ее бесполезной. Также ракеты не умеют эффективно распределять цели, радиоэлектронная борьба отсутствует, а помехи сделаны пока на очень примитивном уровне. Ну и, наконец, ракеты наводятся на одну точку корабля вместо того, чтобы эффективно распределиться и нанести урон со всех сторон.
Стандартной противокорабельной боеголовкой является ядерный заряд (более подробно про проектирование ниже). При этом ядерный взрыв в космосе теряет главный поражающий фактор — ударную волну. В сочетании с проблемами наведения ракет ядерные боеголовки выглядят заметно слабее ожидаемого — корабль может пережить десятки подрывов в непосредственной близости. Но в условиях уравнения с двумя неизвестными — поражающими факторами ядерного взрыва и эффективностью корабельной брони, нельзя сказать, насколько реалистична отображаемая картина.
Проектируем боеголовку
Почему конструкцию атомной бомбы не боятся изучать в школе? Потому что, зная общие принципы, школьники все равно не смогут добыть радиоактивную руду, обогатить ее и подорвать заряд правильным образом. Атомная программа требует усилий целой промышленно развитой страны, потому что для создания ядерной бомбы нужны высокие технологии. Необходимо очень быстро сжать делящийся материал, чтобы произошел именно взрыв, а не тепловой “пшик” с очень грязным результатом. Исторически сначала испытали пушечную схему, когда один заряд выстреливался из пушки в другой, затем круговую имплозионную схему, где заряд обжимался ударной волной от многих зарядов обычной взрывчатки. Но эти варианты были громоздкими, сложными и неэффективными. В 1950-х разработали схему “Лебедь” всего с двумя зарядами, в которой ударная волна от них распространяется так, чтобы равномерно сжать делящиеся материалы в центре.
В CoaDE разработчики вынуждены использовать примерные расчеты (настоящие секретны до сих пор), но характерное “яйцо” боеголовки очень узнаваемо.
Конструктор позволяет создавать как боеголовки с только делящимися материалами, так и усиленные ядерным синтезом. Делается это просто — в центральную полость заряда (которая полезна и для бомбы только на делении) впрыскивается порция смеси дейтерия и трития. В отличие от реальной жизни, где усиление всегда полезно и очень удобно для управления мощностью взрыва, в CoaDE в компактных зарядах оно может мешать. Также, увы, в игре нет схемы Теллера-Улама, позволяющей создавать легкие и компактные боеголовки в десятки и сотни мегатонн.
Желание сделать максимально компактный заряд заставляет посмотреть на историю атомного оружия — каких успехов добились там? Самой маленькой была боеголовка W54 (27х40 см, 23 кг массы, мощность от 10 тонн до килотонны), которую хотели ставить на ядерное безоткатное орудие Davy Crockett и использовать как ядерный фугас.
Интересен вопрос наиболее подходящего тротилового эквивалента боеголовки. В игре эксперименты показывают, что весьма эффективны боеголовки в районе 10 килотонн — меньшие слишком слабы, а бОльшие становятся тяжелыми и приобретают дурную привычку цепной детонации, когда взрыв одной ракеты подрывает/уничтожает без всякого вреда для цели летящие рядом ракеты.
Пушки
Пороховые пушки кажутся слишком устаревшими, чтобы воевать в космосе, тем не менее, они уже успели там побывать (и даже пострелять!), и в будущем они вполне могут найти свою нишу.
В реальной истории авиационная автоматическая пушка НР-23 была установлена на орбитальную станцию “Салют-3”, и, при полете в беспилотном режиме, ее успешно испытали. Прицельную дальность пушки оценивали в 300 метров, поэтому единственной ее задачей была самооборона от медленно подлетающих спутников или пилотируемых кораблей США.
Огнестрельное оружие хорошо тем, что энергия, необходимая для выстрела, уже хранится в готовом виде без необходимости запитывать пушку от реактора. Но у пушек есть и серьезнейшая проблема — для увеличения эффективной дальности стрельбы необходимо повышать скорость снаряда, а с химическими взрывчатыми веществами сложно сделать ее выше ~2 км/с. Причина проста — в идеальном случае снаряд необходимо разгонять равномерно, а при горении пороха и движении снаряда давление в стволе за снарядом изменяется. С этим пытаются бороться, например, специальный артиллерийский пороховой заряд горит изнутри наружу по нескольким каналам, увеличивая со временем поверхность горения и выделяя все больше газов, но он все равно не успевает за увеличением объема в стволе за снарядом.
Артиллерийский порох, отлично видны каналы, внешняя поверхность покрыта специальным негорючим составом
В реальной технике скорость снаряда пытаются повышать разными способами, например, изготовляя многокамерные орудия или экспериментируя с легкогазовыми пушками (достигнута скорость в 8 км/с). В CoaDE огнестрельные орудия не нуждаются даже в охлаждении ствола, что нереалистично, но невозможность разогнать снаряд до высокой скорости ограничивает их применение.
Внизу виден типичный график изменения давления в стволе при движении снаряда
Рельсотрон (рейлган)
Если мы возьмем две направляющие, приложим к ним разность потенциалов и замкнем их проводником, на проводник начнет действовать сила Ампера, разгоняющая его по направляющим. Получится рельсотрон, он же известный как рейлган.
Идея орудия, в котором снаряд будет разгоняться электричеством, возникла давно, и первый экспериментальный рельсотрон построили в начале 20 века. Но все это время идея оставалась в мечтах — для выстрела требовалась энергия электростанции, которую по полю боя не повозишь. Сегодня рейлганы проходят испытания, и в скором времени появятся на боевых кораблях, но еще длительное время будут оставаться редкой экзотикой.
Атмосфера сильно мешает высокоскоростным снарядам — их энергия растет как квадрат скорости, а вот сопротивление воздуха — как куб скорости. Но в космосе молекулы атмосферы не будут помехой, и рейлган будет одним из лучших вариантов вооружения. В реальном мире возникают различные проблемы вроде износа рельсов, но в CoaDE рейлган является самым простым для проектирования видом оружия, и весьма эффективным. Легкие снаряды можно разогнать до десятков километров в секунду и буквально заливать врага их потоком даже за пределами расчетной прицельной дальности.
Зеленое — трассеры снарядов, обратите внимание на почти ровный график ускорения снаряда, это признак эффективности
Пушка Гаусса
Еще один вариант разгона снаряда — электромагнитное притяжение. Снаряд ставится перед катушкой, на которую подается электрический ток, “втягивающий” снаряд в катушку.
В теории пушка Гаусса способна обеспечить большую скорость снаряда, чем рейлган, но даже в CoaDE ее гораздо сложнее проектировать — необходимость понимания влияния количества витков в катушке, слоев ее намотки и толщины провода делает задачу очень сложной. В реальности военные пока не интересуются пушками Гаусса, в отличие от рейлганов, и тема интересна в основном энтузиастам, собирающим достаточно компактные многоступенчатые агрегаты.
Ступенчатый профиль ускорения приводит к большой массе ствола и невысокой итоговой скорости
Лазеры
Ну и, наконец, боевые лазеры, ставшие во многом символом войны в космосе. Спешу разочаровать фанатов — даже без помех от атмосферы лазеры не являются панацеей. Дело в том, что луч неизбежно рассеивается из-за дифракции, и с ростом расстояния падает количество энергии, попадающее на квадратный сантиметр поверхности противника. А откуда она, кстати, берется?
Лазер — это аббревиатура, обозначающая “усиление света посредством вынужденного излучения”. Специальная лампа накачки облучает рабочее тело, посылая ему фотоны. В рабочем теле атомы переходят на более высокий энергетический уровень, а затем, под воздействием фотона излучают двигающийся в том же направлении (когерентный) новый фотон, фактически, усиливая свет.
В реальной военной технике лазеры давно используются для целеуказания и измерения расстояния, но в последние годы появляются и боевые варианты. Они имеют сравнительно небольшую дальность и могут работать только как дополнение к уже существующим системам ПВО. Что же касается космоса, то и тут лазер не становится супероружием. Увы, несмотря на то, что сам физический принцип обеспечивает когерентное излучение, лазеры страдают от дифракции, и мощность излучения падает с расстоянием. Далее, лазер требует очень много энергии, и весь процесс обладает удручающим КПД. Тепловая энергия цепной атомной реакции превращается в электрическую, затем в свет лампы накачки, передается рабочему телу лазера и излучается через оптическую систему. И на каждом этапе какая-то часть энергии теряется, превращается в паразитное тепло, которое надо удалять и рассеивать.
Ярко красное — эллипс, в левом фокусе которого находится лампа накачки, в правом — рабочее тело. Поверхность эллипса — зеркало, внутри прокачивается охладитель
Полезная неопределенность
Какой из видов оружия лучше? На сегодняшний момент ни один из вариантов вооружения не является тотально доминирующим — можно сконструировать корабль, который будет побеждать уже существующие, а потом еще один, который опять всех победит. Ситуацию делает интересней тот факт, что игра не налагает ограничений на комбинацию вооружений. Можно создать, например, пушку, стреляющую ядерными зарядами. Или дрон, запускающий ракеты. Или рейлган, стреляющий дронами, которые сбрасывают у цели дроны с лазером. В целом, ракеты хороши тем, что могут сближаться очень быстро, и их можно отправить очень много, перегрузив любую ПРО цели. Лазеры могут точечно повреждать оборудование на больших расстояниях, и становятся очень эффективными зенитными орудиями с уменьшением дистанции до цели. Рейлганы занимают мало места, и могут заливать цель потоками снарядов на больших расстояниях. А один дрон, отправленный на перехват группе ракет, может заставить их маневрировать, лишив delta-V или просто расстрелять. Также нет идеальных конструкций кораблей. Кто-то предпочитает резервировать узлы, чтобы корабль нельзя было вывести из строя одним попаданием, кто-то, наоборот, конструирует на то же количество тоннажа и денег много сравнительно небольших кораблей, которые переживут потерю части группы. В общем, играть интересно.
Броня
Морские боевые корабли лишились брони с появлением атомного оружия и ракет — никакая броня не могла от них защитить. Затем, после горького опыта гибели кораблей от сравнительно слабого оружия, броня появилась снова, но остается очень легкой. Основной защитой современных морских кораблей являются ПВО, а также системы помех и ложных целей в разных диапазонах. В CoaDE же броня весьма востребована — она не позволяет увидеть внутренности корабля, чтобы прицельно расстрелять, например, реакторы или отсеки экипажа, и, кроме того, реально защищает от вражеского оружия. Как можно остановить снаряд, который летит к тебе со скоростью в 10 км/с? Парадоксально, но довольно просто. Физика столкновений на огромных скоростях такова, что, если поместить два слоя тонкой брони на некотором расстоянии друг от друга, снаряд разрушится при встрече с первым слоем, а осколки не смогут пробить второй.
На этом принципе и построена броня в CoaDE. Стандартным вариантом является сочетание сравнительно легкого металла вроде алюминия и композитных материалов под ним. Говорят, в одной из предыдущих версий между слоями хорошо работал аэрогель (а он и должен работать, аэрогелем ловят микрометеориты в реальных научных аппаратах), но почему-то сейчас эффект от него незаметен. Есть некоторые замечания к ограничениям конструирования кораблей в игре (нельзя, например, забить аэрогелем все пространство под броней), системе повреждений (поврежденные блоки слишком быстро исчезают и не работают как щит, защищая то, что под ними), но уже сейчас она весьма интересна и продолжает становиться лучше — в декабрьском обновлении добавили возможность делать броню облегающей и конструировать не только круглые, но и многоугольные корабли.
Заключение
Children of a Dead Earth — очень необычная игра, и этим крайне любопытна. Да, у нее достаточно высокий порог вхождения, но серьезность решаемых в игровой форме физических задач такова, что обязательно стоит попробовать подсунуть ее детям в старшей школе, она может, как минимум, улучшить их оценки по физике.
P.S. Увы, в отличие от Orbiter или SpaceEngine, игра платная, продается в Steam. Также пока нет русского языка, но в декабрьском обновлении добавили возможность добавления файлов локализации, русификация ждет энтузиастов-альтруистов.
Автор: Филипп Терехов
