Base militar en la luna. Perspectivas espaciales de las armas neumoeléctricas
Los primeros proyectos para crear bases permanentes en la Luna se desarrollaron en la URSS y los EE. UU. En los 1960. Para implementar tales proyectos se requieren enormes fondos y esfuerzos. En la actualidad, no hay argumentos de peso a favor de una base lunar pacífica (las cuestiones de la ciencia y el prestigio no lo son, dados los enormes costos que no tienen rendimientos adecuados). Los argumentos sobre el valor económico de la base lunar son infundados, y la extracción de helio - 3 no es de interés hasta ahora (debido a la falta de reactores de fusión industrial).
Por lo tanto, el principal obstáculo es la inutilidad práctica de los proyectos para la exploración pacífica de la luna (es decir, es posible, pero no necesario, construir una base lunar). Actualmente, el principal incentivo puede ser exclusivamente cuestiones militares. Lo más obvio es la posibilidad de usar la luna como un lugar para misiles nucleares. Sin embargo, el uso de combate de misiles nucleares basados en la Luna se justifica solo en el contexto de un conflicto militar global (que puede no ocurrir en el futuro previsible). Además, existen acuerdos internacionales sobre el estado no nuclear del espacio ultraterrestre (cuya violación puede hacer más daño al país que bien).
En este sentido, consideramos el concepto de una base lunar, diseñada para alojar armas no nucleares (en particular, sistemas de artillería). El uso de estos sistemas es posible en la conducción de hostilidades de cualquier intensidad y escala. La ventaja de la ubicación de tales sistemas en la Luna es la posibilidad de exposición a cualquier punto de la Tierra en el menor tiempo posible. Para esto, no será necesario resolver las complejas tareas de trasladar a las fuerzas militares y los sistemas de armas a la zona de conflicto (lo que no siempre es posible durante mucho tiempo).
La distancia promedio entre los centros de la Luna y la Tierra es de ~ 384 miles. La segunda velocidad cósmica para la luna es ~ 2400 m / s. A una distancia de ~ 38 mil kilómetros desde el centro de la luna (en dirección a la Tierra), las fuerzas lunares y terrestres se equilibran entre sí. Al comenzar desde la superficie de la luna, el logro de este punto (con fuerzas equilibradas) es posible a una velocidad inicial de ~ 2280 m / s. Por lo tanto, si el cañón de la luna proporciona la aceleración del proyectil a la velocidad inicial requerida (en la dirección de la Tierra), el proyectil caerá a la Tierra.
Al aumentar la masa de la carga de polvo, no se puede proporcionar la velocidad de proyectil inicial mencionada anteriormente. La solución es utilizar motores de microchorro para aumentar la velocidad del proyectil (después de que el proyectil abandone el cañón). Considere esta posibilidad en el ejemplo de experimental tanque pistolas 50L "Vityaz" http://www.oborona.co.uk/kbao.pdf.
Esta pistola de calibre 125 mm proporciona al proyectil un peso de barril de 7 kg, la velocidad inicial de 2030 m / s. Cuando se utiliza peróxido de hidrógeno puro como combustible de cohete de un solo componente (impulso específico ~ 150 s), la masa de combustible requerida para el funcionamiento de un motor de micro-jet será ~ 1,1 kg (~ 16% de la masa del barril del proyectil). Como resultado del trabajo del motor de micro-jet, la velocidad del proyectil aumentará a ~ 2280 m / s, y el proyectil podrá superar la fuerza lunar de la luna (cuando esta pistola se coloca en la luna).
Así, en principio, los sistemas de artillería clásicos basados en pólvora pueden usarse para armar la base lunar (siempre que los proyectiles sean acelerados por motores de micro-jet). Un medio eficaz de entrega son también los cohetes. En nuestro caso, se propone utilizar sistemas de artillería eléctrica neumática. http://n-t.ru/tp/ts/oo.htm.
Para los sistemas de artillería neumoeléctrica de la base lunar, se propone utilizar oxígeno a presión (o una mezcla de oxígeno con helio) como agente propulsor, y una reacción química entre el oxígeno y el aluminio como fuente de energía térmica.
Los sistemas de artillería neumoeléctrica son capaces de proporcionar una velocidad inicial muy alta del proyectil. Además, la producción de algunos componentes (por ejemplo, las cargas de propulsores neumoeléctricos) se puede organizar en la base lunar con el menor esfuerzo. El suelo lunar tiene todos los elementos necesarios para esto (en algunas muestras, el contenido de oxígeno alcanza 44%, aluminio 13%). Los sistemas de artillería son mucho más baratos que los cohetes, es decir, mucho más fáciles de fabricar (lo que simplifica la tarea de organizar esta producción en la Luna).
En la pistola eléctrica en polvo y neumática, el valor absoluto de la presión máxima puede tener aproximadamente los mismos valores (debido a la fuerza del cañón). En la pistola de polvo después de la combustión de la carga de polvo, el proceso de expansión de los gases en polvo continúa sin intercambio de calor (proceso adiabático). En la pistola neumoeléctrica (después de la combustión del elemento combustible de aluminio) se forma una mezcla de oxígeno gaseoso y partículas de óxido de aluminio (calentadas a alta temperatura). Por lo tanto, el proceso de expansión de oxígeno ya no será adiabático (ya que el calor se transfiere de las partículas de óxido de aluminio). Como resultado de una disminución lenta de la temperatura del oxígeno, su presión en el hocico será mayor (con el mismo grado de expansión que los gases en polvo) y la velocidad inicial del proyectil será mayor. Así, la balística interna de neumoeléctrica. armas Muy diferente a la balística interna de las armas de fuego clásicas.
Es necesario enfatizar el hecho de que para la derrota de los objetivos en la Tierra no es necesario usar sistemas de artillería de gran calibre. La pistola eléctrica neumática puede tener los siguientes parámetros: longitud del cañón 6 m, calibre 125 mm, peso en barril del proyectil 7 kg, velocidad inicial del proyectil ~ 2400 m / s. Después de pasar por el punto crítico (con fuerzas de fuerza equilibradas), la velocidad del proyectil aumentará debido a la gravedad y, en ausencia de la atmósfera, podría alcanzar ~ 11000 m / s. La pérdida en la resistencia aerodinámica del aire se puede estimar en ~ 3000 m / s (cuando se mueve a lo largo de una trayectoria balística vertical a la superficie de la Tierra). Como resultado, al caer a la Tierra, la velocidad del proyectil puede ser ~ 8000 m / s.
El proyectil puede consistir en un núcleo pesado (5 kg) y un cuerpo ligero no desmontable (2 kg). La cubierta del proyectil garantiza la retención del núcleo en el cañón y sirve como una especie de pistón, tomando la presión del gas cuando se dispara y asegurando la aceleración de todo el proyectil. La cubierta del proyectil también protege al núcleo de la quema (después de que el proyectil realice el vuelo de la Luna a la Tierra y entre en la atmósfera). A medida que el cuerpo del proyectil se calienta, está hecho de materiales de protección contra el calor, lo que conduce a una disminución en el diámetro del proyectil y una disminución en la resistencia aerodinámica del aire atmosférico.
Un proyectil bien aerodinámico forma una onda de choque relativamente débil que refleja ~ 50% de energía térmica en la atmósfera. Si consideramos que la masa (y la velocidad) del proyectil disminuye de 7 kg (~ 11 km / s) a 5 kg (~ 8 km / s), la cantidad total de calor liberado será ~ 200 MJ. Por lo tanto, la mitad del calor (~ 100 MJ) debe estar "bloqueada" con la ayuda de una cubierta protectora térmica del proyectil, en la que tienen lugar los procesos de fusión, evaporación, sublimación y reacciones químicas. Los materiales para la fabricación del cuerpo del proyectil pueden ser fibra de vidrio, otros plásticos basados en aglutinantes orgánicos (o silicona), composiciones de carbono, metales porosos con células unidas (no herméticas), etc.
Para caracterizar los materiales de protección contra el calor, se utiliza el concepto de entalpia efectiva (la cantidad de calor que se puede "bloquear" cuando se destruye una unidad de masa de un recubrimiento). En nuestro caso, la masa del escudo térmico (cuerpo del proyectil) es 2 kg, la cantidad de calor "bloqueado" ~ 100 MJ. La entalpía efectiva de los materiales a partir de los cuales es necesario fabricar la cubierta del proyectil debe ser ~ 50 MJ / kg (este nivel de protección térmica se puede lograr con la ayuda de los materiales existentes).
A una velocidad de ~ 8 km / s, la energía cinética de un proyectil con una masa de 5 kg será ~ 160 MJ. Esta energía es comparable a la energía cinética de los proyectiles del calibre principal (406 mm) de los acorazados tipo Iowa (en el momento del impacto de estos proyectiles de gran calibre en el objetivo). La capacidad de penetración de armadura del calibre principal de un acorazado tipo Iowa es de solo ~ 400 mm de armadura. A modo de comparación, observamos que la capacidad de penetración de armadura de un tanque de alta velocidad se dispara con una masa de 5 kg es ~ 600 mm de armadura. La penetración de la armadura de una concha lunar será aún mayor, ya que su velocidad (~ 8 km / s) ya es comparable a la velocidad de un chorro acumulativo (~ 10 km / s).
Dada la excesiva penetración de la armadura, para la fabricación de una concha lunar, puede usar aleaciones ligeras, como el aluminio. Si es necesario, se pueden usar metales pesados (tungsteno, uranio, etc.). Se puede lograr un efecto adicional en el caso de la fabricación de un proyectil a partir de uranio metálico enriquecido (después de ser golpeado por un proyectil de este tipo, el barco puede ser dado de baja como resultado de una fuerte contaminación radioactiva de los productos de la explosión).
En el proceso de golpear un objetivo durante una explosión cinética, el proyectil puede entrar completamente en un estado fino o incluso evaporarse (en el caso extremo). Con la energía cinética del proyectil ~ 160 MJ, esto requerirá solo ~ 53 MJ de calor (calor específico de evaporación de aluminio ~ 10,5 MJ / kg). Los productos de una explosión cinética pueden entrar en una reacción química con el oxígeno del aire (mejorando la acción de la armadura del proyectil). Con el calor específico de combustión de aluminio ~ 31 MJ / kg, la liberación instantánea de energía térmica como resultado de una reacción química puede alcanzar ~ 155 MJ (sin tener en cuenta la energía térmica de combustión de micropartículas metálicas de armaduras destruidas y estructuras de barcos). La energía térmica total de la explosión del proyectil puede ser ~ 315 MJ (que es equivalente a la energía térmica de la explosión ~ 75 kg de TNT). Tenga en cuenta que el proyectil de alto explosivo del calibre principal (406 mm) del acorazado tipo Iowa contiene solo ~ 70 kg de explosivo.
Por lo tanto, el proyectil del cañón lunar 125 mm sobrepasa el proyectil perforador de blindaje del calibre 406 mm por penetración de armadura y es comparable al proyectil altamente explosivo del calibre 406 mm en acción explosiva. Esto sugiere que con la ayuda de proyectiles disparados desde el cañón de la luna, es posible destruir un buque militar o de transporte de cualquier clase (incluido un portaaviones de ataque pesado). Los sistemas de artillería basados en la Luna pueden usarse como armas anti-satélite. Los posibles objetivos son infraestructura terrestre, instalaciones militares y de producción, etc. Si la masa del proyectil es insuficiente para destruir cualquier objetivo, esta dificultad se puede superar con la ayuda de sistemas de artillería de mayor calibre.
En las pistolas modernas de calibre 125, la masa de la carga de propelente en polvo no excede los 10 kg. La presión está determinada por la temperatura y la concentración de las moléculas de gas. La masa molecular del oxígeno es 16 g / mol, y la masa molecular promedio de los gases en polvo es ~ 30 g / mol. Por lo tanto, en la primera aproximación, la cantidad de oxígeno puede ser ~ 5 kg (para uso como propelente).
La velocidad de los gases en expansión es aproximadamente igual a la velocidad del proyectil. Al disparar cañones modernos con proyectiles perforantes de alta velocidad que perforan armaduras, la energía cinética del proyectil y la energía cinética de los gases en polvo en total pueden exceder el 70% de la energía inicial de la carga de polvo en llamas.
Teniendo esto en cuenta, es posible estimar aproximadamente la cantidad de energía requerida para acelerar el proyectil (y los productos de combustión de una carga de propulsor neumoeléctrico) a una velocidad de ~ 2400 m / s (la velocidad promedio de las moléculas de oxígeno es significativamente mayor que la velocidad promedio de las moléculas de gas en polvo). Esta cantidad de energía será ~ 65 MJ y se puede obtener quemando ~ 2,1 kg de aluminio (con la participación de ~ 1,9 kg de oxígeno). Por lo tanto, la masa total de una carga de propulsor neumoeléctrico puede ser ~ 9 kg (de los cuales ~ 2,1 kg de aluminio y ~ 6,9 kg de oxígeno). Con una presión de oxígeno comprimido ~ atmósferas 500, su volumen será ~ litros 10,5.
La preparación para el disparo es la siguiente. A través de la recámara se introduce en la cámara de oxígeno un proyectil. Un elemento de combustión se coloca entre la parte posterior del proyectil y el obturador. El obturador se cierra y luego se suministra oxígeno a la cámara de oxígeno desde el tanque de alta presión (para evitar que la temperatura del oxígeno aumente como resultado de su compresión).
La cámara de oxígeno es una extensión en la recámara (en forma de una esfera). La esfera tiene un diámetro de ~ 0,3 m. Su volumen es de ~ 14,1 litros. Después de cargar el cañón con un proyectil, el volumen de la cámara de oxígeno se reduce a ~ 10,5 litros. La cámara de oxígeno es parte del tronco y tiene una entrada (desde el lado de la recámara) y una salida (en la dirección del hocico). La longitud (diámetro) de la cámara de oxígeno es menor que la longitud del proyectil. Por lo tanto, en preparación para el disparo, el proyectil bloquea simultáneamente las aberturas de entrada y salida (sellando así la cámara de oxígeno). Así, la presión del oxígeno actúa sobre las superficies laterales del proyectil (perpendicular al eje longitudinal del proyectil).
El diámetro de los orificios de entrada y salida coincide con el diámetro del proyectil. Con un ancho de espacio entre el cuerpo del proyectil y la superficie del cañón 0,1 mm (el área de la ranura será 0,4 cm ²). El bloque de cierre del cañón está además bloqueado por un perno, por lo que la fuga principal se produce en la dirección de la abertura del cañón del cañón de la pistola. Al comienzo de la brecha, la velocidad del flujo de oxígeno no excede la velocidad del sonido (~ 330 m / s a 30 ° C). Por lo tanto, el nivel máximo posible de fugas de oxígeno serán las porciones de helio 190 (~ 1,3 kg cada una). Si la capacidad de supervivencia del barril es inferior a los disparos 200, la entrega de helio desde la Tierra (y luego su uso como uno de los componentes de una carga de propulsor neumoeléctrico) se justifica económicamente. En un futuro lejano, se puede producir helio-4 en la Luna como un subproducto (al extraer el combustible potencial de la futura energía termonuclear del helio-3).
Al suministrar helio desde la Tierra, el uso de aleaciones basadas en metales nobles no pierde su significado. En el caso de una interrupción en el suministro de la Tierra, el suministro de helio puede finalizar y será necesario volver al uso de oxígeno puro (obtenido del suelo lunar). Además, bajo ninguna circunstancia, el aluminio tendrá tiempo para quemarse instantáneamente, y parte del oxígeno entrará en contacto con la superficie interna del cañón de la pistola (incluso en el caso de utilizar una mezcla de gas de oxígeno con helio). Por lo tanto, en cualquier caso, sigue existiendo la necesidad de usar aleaciones químicamente inactivas (en particular, basadas en metales nobles).
El tiempo de vuelo del proyectil es de varias decenas de horas (este tiempo puede variar en límites muy amplios, dependiendo de la velocidad inicial del proyectil). En este sentido, el concepto de usar un arma lunar permite el inicio del disparo incluso antes del inicio de la operación militar propuesta. Si durante el acercamiento del proyectil a la Tierra, la necesidad de destruir cualquier objetivo permanece, el proyectil está dirigido a este objetivo. Si durante el vuelo del proyectil se decide que no es necesario destruir objetivos, el proyectil puede ser llevado al punto donde no cause daño. En el caso del inicio de las hostilidades activas, los disparos se llevarán a cabo sistemáticamente (a intervalos cortos), y los proyectiles se dirigirán a los objetivos alcanzados cuando los proyectiles se aproximen a la Tierra.
En la etapa del vuelo Luna-Tierra, los proyectiles pueden dirigirse a un objetivo utilizando motores de micro-jet. Dado el largo tiempo de vuelo del proyectil, los motores de micro-jet del sistema de guía pueden tener un empuje extremadamente bajo y un impulso específico bajo. En la parte atmosférica del vuelo, el proyectil puede estabilizarse usando superficies aerodinámicas girando el cuerpo del proyectil o usando un giroscopio dentro del proyectil.
En las naves espaciales, por regla general, se utilizan motores de micro-chorro que funcionan con gas comprimido. En nuestro caso, el uso de gas comprimido conducirá a un aumento en el tamaño del proyectil, lo que aumentará la resistencia aerodinámica del aire en la fase de vuelo atmosférico. Por lo tanto, es aconsejable utilizar motores micro-reactivos que funcionen con un combustible de un solo componente (por ejemplo, peróxido de hidrógeno) o con un combustible de dos componentes y autoinflamable (por ejemplo, dimetilhidracina y ácido nítrico). La inclusión de motores de micro-jet se realiza mediante una señal especial de un sistema de control interno o externo.
La importancia del objetivo debe justificar el uso de sistemas de armas basados en la Luna en él. Además, el proyectil tiene un tamaño pequeño, gran velocidad, cuando pasa a través de la atmósfera alrededor del proyectil, se forma una nube de plasma, etc. Todos estos factores complican la creación de proyectiles autoguiados que funcionan según el principio de "disparado y olvidado". Probablemente la mejor opción sea el control externo del proyectil, su orientación al objetivo en el segmento espacial de la trayectoria de vuelo y el paso de la atmósfera por el proyectil a lo largo de una trayectoria balística (si es posible, vertical a la superficie de la Tierra).
La mayor parte del aire atmosférico (~ 65%) se concentra en la capa cercana a la superficie de la atmósfera con un espesor de 10 km. La duración del paso del proyectil de esta capa será ~ 1 con. Para desviarse del objetivo en 1 m, una fuerza debe actuar en la dirección lateral en el proyectil, proporcionando aceleración ~ 0,2 g. Dado el gran peso y el pequeño tamaño del proyectil, cualquier posible movimiento de las masas de aire atmosférico no puede cambiar significativamente la trayectoria del proyectil.
Según nuestro concepto, los sistemas de armas lunares pueden usarse contra un adversario que no tiene las capacidades técnicas de detección temprana e intercepción. Por lo tanto, una de las opciones posibles para controlar la trayectoria de vuelo es colocar balizas de radio en las carcasas. Usando una señal de radio, se determinan las coordenadas y la velocidad del proyectil, y al transmitir las señales de control apropiadas a los motores de micro-jet, la trayectoria de vuelo del proyectil se corrige y apunta al objetivo.
En el caso del uso de sistemas de artillería basados en la Luna contra un adversario con capacidades técnicas apropiadas para la detección temprana e intercepción de proyectiles, es necesario usar objetivos falsos (que también se suministran con radiobalizas). Estas balizas operan en un programa especial predeterminado (que da señales en un momento determinado, cambia la frecuencia y la potencia de las señales, etc.). Por lo tanto, el enemigo no podrá distinguir un objetivo falso de un proyectil atacante debido a la mera presencia de un faro en funcionamiento.
Una de las áreas clave para el uso de sistemas de artillería basados en la luna puede ser apoyar las acciones de su armada flota. La Armada resuelve las siguientes tareas clásicas: la lucha contra las fuerzas navales del enemigo, la interrupción de las rutas marítimas del enemigo, la protección de sus rutas marítimas, la defensa de su costa desde la dirección del mar, la entrega de ataques y la invasión del territorio enemigo desde el mar, etc.
Los barcos son un buen blanco para atacar municiones cinéticas desde el espacio. Para determinar la probabilidad de golpear un objetivo, se utiliza el concepto de una probable desviación circular (el radio de un círculo delineado alrededor del punto de apuntamiento, en el que se supone que 50% de conchas cae). El ancho de la cubierta del barco puede tener los siguientes valores característicos: fragata ~ 15 m, destructor ~ 19 m, portaaviones de ataque pesado ~ 41 m, barco de aterrizaje universal ~ 43 m. Supertanker ~ 69 m. La longitud del casco del barco se puede ignorar porque su valor es un orden de magnitud mayor que la magnitud de la desviación probable circular.
Supongamos que la desviación probable de la rotonda del proyectil es ~ 15 m. Luego, la probabilidad de golpear un solo proyectil en la nave será la siguiente: fragata ~ 0,4, destructor ~ 0,5, portaaviones de ataque pesado ~ 0,9, nave de aterrizaje universal ~ 0,9, supertanker ~ 1. Los sistemas de artillería basados en la Luna pueden brindar un apoyo invaluable a las acciones de su armada (destruyendo las naves enemigas con una gran cantidad de proyectiles en cualquier lugar de los océanos del mundo). Esta circunstancia puede ser la clave para conquistar el dominio estratégico global en el mar.
En el caso de un conflicto militar importante, el enemigo puede intentar destruir la base lunar. Las posibilidades de entrega de carga militar a la Luna son limitadas (por lo tanto, la opción principal es usar ojivas nucleares). Dado que la Luna no posee una atmósfera, no existe un factor tan dañino de una explosión nuclear como una onda de choque aéreo. La radiación penetrante es ineficaz, porque En la base lunar se proporciona protección contra la radiación solar y espacial. La emisión de luz también es ineficiente debido a la ausencia de la atmósfera y los materiales combustibles. Por lo tanto, la base lunar solo puede ser destruida por un impacto directo de una carga nuclear (con su posterior explosión).
La opción de protección pasiva permite colocar la base lunar en la superficie o debajo de la superficie lunar en varios módulos o edificios (distantes entre sí durante una larga distancia y estables contra las oscilaciones de la superficie lunar), tomar medidas de camuflaje, crear objetivos falsos, etc. La opción de defensa activa proporciona un ataque preventivo contra los complejos de lanzamiento del enemigo, la destrucción de los misiles al inicio, durante el vuelo a la base lunar (y estas tareas se pueden resolver utilizando sistemas de artillería basados en la Luna), etc.
Por lo tanto, desde nuestro punto de vista, la solución de tareas militares es actualmente la única oportunidad real para la creación y el desarrollo de una base lunar. La principal fuente de financiación puede ser el presupuesto militar. Paralelamente, la base lunar se utilizará para la investigación en planetología, astronomía, cosmología, biología espacial, ciencia de los materiales y otras disciplinas. En consecuencia, parte de la financiación puede llevarse a cabo en el marco de los programas de desarrollo de estas disciplinas científicas y técnicas.
La falta de atmósfera y la baja gravedad le permiten construir sobre la superficie lunar del observatorio, equipado con telescopios ópticos y de radio. El mantenimiento y la modernización del observatorio lunar es mucho más fácil que el orbital. Dicho observatorio te permitirá explorar áreas remotas del universo. Además, sus herramientas se pueden utilizar para estudiar y monitorear el espacio de la Tierra y cerca de la Tierra (para obtener información de inteligencia, apoyar operaciones militares, controlar las trayectorias de los proyectiles, etc.).
Por lo tanto, la presencia de una base en la Luna le permitirá desplegar sistemas de armas no nucleares de alta precisión que realmente pueden usarse en conflictos militares de cualquier escala (o incluso operaciones "antiterroristas"). El uso de tales sistemas basados en la Luna como uno de los medios de guerra mejorará significativamente el potencial militar del país. Además, la creación y el funcionamiento de la base lunar al mismo tiempo nos permitirán desarrollar de manera intensiva muchas orientaciones científicas y técnicas, retener el liderazgo en estas áreas y obtener una ventaja competitiva en el mundo debido a este liderazgo.
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