Камрад
|
Касательно мощности турболазеров ИЗРа:
«Опасный астероидный пояс в системе Хот был сформирован биллионы лет назад в результате столкновения двух планет. Миллионы валунов и скалистых астероидов болтаются на орбите, создавая смертоносный рой и угрожая навигации. Полет через это поле подобен самоубийству.»
Камень требует гораздо больше энергии для плавления и испарения, чем железо, потому что лишь незначительная часть – около 50% энергии может быть получена от энергетического оружия, в зависимости от состава, остальная часть энергии безвредно уходит в космос. Это делает приблизительные оценки энергии выстрела, представленные здесь, приблизительными, поскольку мы принимаем, что все астероиды – 100% железные.
Если мы принимаем следующие условия: типичным составом железо с начальной температурой около 200 К, 20-метровые в диаметре астероиды сферической формы (разумеется, они не круглые, но это заметно упрощает вычисление объема), то получаем:
Объем астероида = 4190 м3,
Вес астероида = 33 тысячи тонн
Теплоемкость железа = 447 Дж/кг*K
Начальная температура астероида = ~200 K, нормальная температура космических объектов
Конечная температура астероида = 1853 K (для плавления)
Энергия испарения 1 кг железа: 7.6 МДж.
Из этого можно вычислить приблизительную цифру в 30 тераджоулей (ТДж) для плавления астероида и около 250 ТДж для испарения.
Энергии на испарение стоит обсудить дополнительно. Многие считают, что астероид просто разрушается под воздействием тепла: часть астероида может нагреваться быстрее, чем другая, и напряжение может разбить астероид. Но свидетельства этому в фильме нет. В фильме они испаряются. Астероид превращается в светящуюся красным жидкую массу и затем исчезает из вида в течение 0.5 секунды. Материал астероида не в состоянии сбросить больше 1000 градусов Цельсия в течение доли секунды, чтобы исчезло свечение, что требуется от мощного рукотворного механизма, от турболазера. Камень должен быть превращен в пар, чтобы объяснить «исчезновение вспышки».
Curtis Saxton соглашается, что астероид не разбивается, потому что плавление/испарение происходит со «сверхзвуковой» скоростью. Это означает, что астероид тает/испаряется до того, как распространение температурной деформации сможет проявиться. Эта теория правомерна, поскольку все испарение занимает около 0.25 секунды (заметка от Майкла Вонга: «Эта идея заслуживает дальнейшего рассмотрения: скорость – это все. Теплопроводность астероида недостаточна для объяснения того, что мы видим, потому что астероид просто не может проводить тепло настолько быстро, даже если он полностью железный. Эффект будет более чем взрывным, и только небольшая область будет перегрета, волна нарушений сдвинется и разрушит астероид. Однако для того, чтобы разрушить астероид так быстро, фрагменты должны двигаться через остаток астероида и быстрее 600 м/с! Это должно привести к сверхбыстрому и обширному повреждению материала, и механика деформации твердых материалов находится в области, которую я глубоко изучил. Деформация производит работу, что заключающуюся в сжатие и растяжении материала, и работа становится энергией в результате деформации материала; это явление известно как «работа нагревания». Вопрос, нагревается ли астероид или разрушается, таким образом, остается спорным, потому что акт разрушения на такой высокой скорости может создать много тепла, что в результате так или иначе приведет к перегреву материала».)
В этой сцене проявляется, что сторона астероида, повернутая к турболазеру, была испарена, и в результате капли жидкости (или газ) затем нагрели и испарили остаток астероида. Это подтверждает, что турболазерные лучи гораздо более энергоемкие по сравнению с величиной, необходимой для только испарения астероида.
Однако точка кипения достигается потому, что астероиды находятся в вакууме. Точка кипения любого материала напрямую зависит от давления. В космосе атмосферное давление нулевое. Однако в то же время испарение астероида происходит на сверхвысокой скорости, что означает что турболазерный выстрел несет большую энергию, чем требуется для испарения. Оценка испарения зависит от размера, который является помехой для него, что может использоваться для правильной оценки самой нижней границы энергии турболазерного выстрела.
Идущие ниже рисунки доказывают явление таяния астероида, а не его разрушения его на куски.
На этой картинке астероид частично разломан, но явно видно, что камень расплавлен, или, по меньшей мере, плавится. Я не понимаю, почему некоторые спорят о том, что астероид ломается. За три кадра (1/10 секунды) от него не остается и следа.
Расплавление/испарение этих астероидов занимает меньше секунды. Сцена продолжается 3-4 секунды, и несколько астероидов уничтожается в это время. На широкоэкранном SE сцена идет 130 кадров со скоростью 30 кадров в секунду.
За 8-9 кадров астероид полностью испаряется. Таким образом, требуется 0.225-0.3 секунды для полного испарения. Энергия турболазерного выстрела должна определяться временем, за которое происходит контакт с астероидом, т.е. 1/15-1/30 секунды, 1-2 кадра.
Если луч имеет длину 50 м, и астероид в ESB поражается за 1/15 секунды, тогда он (как минимум, видимая часть выстрела) должен лететь со скоростью 750 м/с. Эта скорость сопоставима со скоростью современной винтовочной пули (моя охотничья винтовка 30.06 стреляет быстрее), и расстояние в корпус ИСД проходится за 2 секунды. Это не показано в фильме явно, так что уровень энергии, представленный здесь, достаточно условен, потому что скорость луча должна быть ниже (в свою очередь это повышает мощность).
Таким образом, если мы осторожны в прикидках и считаем точку плавления (более конкретная величина, чем точка кипения), и используем те же 20 метровые астероиды, с энергией таяния около 30 ТДж: средних размеров турболазерный луч должен достигать мощности 450 ТВт.
Когда обсуждается оружие, есть больше, чем один путь для определения его поражающей силы. Турболазер стреляет «выстрелами», и энергия каждого из них может быть измерена. Эти выстрелы идут по одному за некоторую единицу времени, так что перерывы в ведении огня и есть энергия каждого выстрела, отделенного интервалом времени. Эти средних размеров лучи могут выстреливать как минимум каждые две секунды, так что турболазерное орудие должно поддерживать энергию огня как минимум в 15 тераватт. Получается, если они могут стрелять раз в секунду, то потребуется сохранять выходную мощность в не менее чем 30 тераватт (поскольку самый маленький диаметр астероида используется, и только до точки плавления, оценка занижена до безобразия.)
Для сравнения, Соединенные Штаты сейчас производят 500-600 гигаватт электроэнергии. Это количество куда как меньше энергии одного средних размеров турболазера.
Ядерная бомба, сброшенная на Хиросиму, оценивалась в 15 килотонн. Это переводится в 63 ТДж. Используя мои расчеты для турболазерных лучей (игнорируя испарение), средних размеров выстрел – где-то 30 ТДж энергии. Таким образом, луч турболазера несет где-то половину энергии бомбы, сброшенной на Хиросиму.
Бомба распространяет свою энергию во всех направлениях, так что объект, находящийся вплотную к ней, не может получить больше чем половину энергии взрыва, вероятно, намного меньше. Турболазерный луч направляет всю свою энергию сконцентрировано на цель, таким образом, по поражающей способности он представляет аналог ядерной бомбы, словно бомба сдетонировала при контакте с целью. На больших расстояниях интенсивность поражения бомбой экспоненциально уменьшается. Один выстрел из турболазера способен стереть с лица земли небольшой город, как сделала ядерная бомба с Хиросимой.
Разумеется, с энергией, достаточной для испарения астероида (около 250 ТДж), турболазерный выстрел должен иметь примерно 3750 тераватт мощности. Выделенная энергия должна быть где-то в 4 раза выше, чем у бомбы Хиросимы.
Если астероид имеет 40 м в диаметре (а некоторые были и больше), турболазер направляет минимум 2000 ТДЖ энергии на испарение астероида, во много раз перекрывая энергии, указанные выше. Если время достижения астероида 1/15 секунды (2 кадра), на астероид приходится 30 000 тераватт. Поскольку турболазерные орудия имеют скорострельность один раз в две секунды, они сохраняют мощность как минимум 1000 тераватт. Самые большие астероиды, после 40-метровых, были в сцене погони за «Соколом», когда он выходил из поля астероидов. Один из астероидов был не меньше 60 метров в диаметре, что потребовало бы как минимум 6700 ТДж для испарения! Другой астероид в этой сцене мог быть больше 100 м в диаметре, что потребовало бы 31000 ТДж для испарения!
Извиняюсь, но скрины в плохом качестве - не стал выкладывать.
|