Вычёркивайте лученосец
Предметом обсуждения сегодня является предложенная коллегой fonzeppelin здесь и здесь концепция лазерного боевого корабля. С чего бы вдруг? Так получилось, что я пишу фантастический роман, к которому вёл цикл постов КГСС, и читатели интересуются, почему у кораблей такая масса, что там сколько весит. Поэтому я стал продумывать развесовку лазерного корвета, который навскидку должен был уложиться в 1500 тонн общей массы и 500 тонн сухой. И арифметика категорически не сходилась.
Массу зеркал экстраполировал по зеркалу летавшего YAL-1. Масса его турели 7 тонн. Корвет "Меченосец" по задумке имел три маленьких зеркала 260-см, и одно большое, сложенное из семи маленьких шестиугольников, представляющих собой обрезанные 260-см. У зеркала масса квадратично зависит от диаметра, т.к. это плоская конструкция. В первом приближении считаем, что масса турели пропорциональна массе зеркала. Получилось: главное зеркало -- 125 тонн; 3 вспомогательных зеркала по 17,9 тонн, 53,8 тонн всего.
Массу лазера оценил исходя из пружинного предела. Очень грубая оценка в формате "ну, технологии далекого будущего могли бы такого достичь". Предполагаем, что терраватный лазер содержит терраджоуль энергии, делим на 30 МДж на кг, получаем 33 тонны. Докидываем на части лазера, которые напрямую не держат энергию, но нужны для эксплуатации, получаем 50 для круглого счета. Радиаторы тоже 50 тонн, т.к. они должны излучать терраджоуль. Мега-грубая оценка, реальность скорее превысит её, может даже в разы. Сухая масса оружейных систем 125+54+50+50 = 329 тонн. Реактор решил объединить с плазменным двигателем, у меня там были стандартные блоки по 100 тонн. Вроде бы осталось 70 тонн, а на самом деле...
Масса систем отвода тепла условно не показана. Масса баков для топлива и хладагента условно не показана, брони не влезло никакой, резервирования никаких систем нет. И хрен бы с ним с местом для экипажа, и хрен бы, что лазер резиновый, реальность лазерного корвета в такой массе всё равно под вопросом.
Поскольку одна голова хорошо, а две лучше, я поделился этими вычислениями с Михаилом Салтыковым. Он вдохновился собрать лазерный корабль в конструкторе CoaDE (компьютерный симулятор космических боев по правилам "атомных ракет"), чтобы посмотреть, как оно будет в не первом приближении, а в имитационном моделировании. Да, технически игра с таким высоким уровнем детализации и встроенной песочницей является имитационной моделью, отличающейся от реально используемых в интересах народного хозяйства только тем, что в реальности задачи создать боевой космический корабль для разборок за астероиды перед нами пока не стоит.
Подробности имитации можно найти здесь. Спойлер: нет, ребята, ни хрена, всё намного хуже. В процессе обсуждения мы обнаружили пару узких мест, которые может не так страшны для моего романа, но страшны для концепции лученосца и прокси зеркал.
Проблема прицеливания
Первое, о чем сказал нам симулятор. На самом деле, экстраполировать лазерную турель от YAL-1 некорректно. От неё никто не требовал стрелять на расстояние в 1000 км (мегаметр, миллион метров). Зачем мегаметр? Чтобы использовать теоретические возможности реакторов космической шпаны. Что такое мегаметр в терминах прицеливания? Ну, одна угловая секунда это 4,8481e-6 радиан. То есть, объект с линейным размером 5 метров будет на расстоянии в мегаметр иметь угловой размер как раз в одну секунду. Для сравнения, орбитальный телескоп Hubble в видимом свете имеет разрешение 0,06 угловой секунды, когда смотрит в космос. Это самый большой на сегодняшний день массовый телескоп-рефлектор, выведенный на орбиту. Массовый потому, что аналогичен по конструкции вполне серийно производившимся спутникам-шпионам. Джеймс Уэбб и другие были штучными изделиями, но там в своих диапазонах разрешение того же порядка. И вот, в таком телескопе объект с линейным размером 5-10 метров на расстоянии порядка мегаметра представляет собой десяток пикселей. Говорить о выцеливании отдельных узлов корабля по такой картинке в теории ещё можно, ну, того же девятиметрового зеркала, но по-хорошему нужны прицельные интерферометры. А ведь для реальных пацанов мегаметр не предел, просто в боевой модели CoaDE это программное ограничение.
Проблема в другом. Что при поперечной скорости порядка 1 км/с (вполне реально даже в условиях CoaDE) цель ежесекундно смещается на 200 угловых секунд. А вам надо светить в конкретную и желательно несколько секунд времени. А цель ещё может крутиться и дергаться. Короче, реализация желаемых возможностей боевого лазера требует от турели высокой точности и скорости наведения. На пути которой, увы, встаёт инерция приводов. Чтобы ошибки были относительно приемлемы, приводы должны быть тяжелыми. Насколько? У Салтыкова система маховиков весила... примерно тысячу тонн. Для десятиметрового зеркала, которое само по себе весило 2 тонны. И всё равно луч пляшет по цели.
Вы скажете: сомнительно, но окей. А я отвечу, что собственно гигаваттный (в смысле потребляемой мощности) лазер, собранный в конструкторе CoaDE, весит 26 тонн, и это без особой оптимизации. Которая не имеет смысла, ибо по лазерам CoaDE -- ламповая ретрофантастика. Буквально. Там рассматриваются лазеры на газоразрядных лампах, у которых максимум излучения совсем не там, где надо, из-за чего КПД ни о чём. В современных системах используется накачка от светодиодов, и в будущем речь явно зайдёт о ней.
Так что, при существующих и перспективных технологиях в 26 тонн вписывается на порядок более убойный девайс, чем собрал Салтыков. А стоит лазер в шесть раз дешевле турели. Конечно, стоимость в CoaDE -- понятие очень условное, но какое-то представление о сложности добычи комплектующих даёт. Эта "электростанция на схеме условно не показана".
Высокие угловые скорости не помогают спастись от лазерной атаки. Лазерная турель - сооружение сравнительно легкое, и вращать ее можно очень быстро (адаптивная же оптика полностью решает проблему времени реакции). Увы, но космические истребители действительно бесполезны; маневрировать, быстрее чем у линкора лазеры поворачиваются, они не смогут.
Имитационное моделирование опровергло. Сравнительно легкая, вращать очень быстро, наводить очень точно -- выберите два из трёх.
Лазерных турелей на боевой технике может быть много, а вот лазерная пушка - скорее всего, одна. Надежно укрытая в бронированном каземате в глубине корпуса. Впрочем, по соображениям резервирования, лазеров может быть и несколько.
При таком весовом и ценовом соотношении снабжать одну пушку более чем одной турелью смысла нет. И как-то особо прятать лазер внутри корпуса в ущерб простоте его охлаждения. Самое дорогое и труднозаменимое тут всё равно турель, причем даже не зеркало, а механическая часть. Но это ещё цветочки, сейчас будут ягодки. Посмотрим на ситуацию с другой стороны. Если добавить прокси-канонерке из поста о лученосцах собственный лазер, это повысит её стоимость менее чем на 10% (турель не единственное, без чего корабль не полетит) и практически никак не скажется на сухой массе. Зато избавит от гемора ловить чужой луч и ограничений в секторах обстрела, связанных с этим подходом. Ну и нафига при таком раскладе лученосец?
Можно лечить через замену маховиков на электроактуаторы. Это снижает массу и стоимость турели в четыре раза, что лучше, но не принципиально. Лазер уже не берется "на сдачу", но всё ещё стоит сравнимо, а весит пренебрежимо.
Можно офигеть от таких заявлений, пойти и посмотреть, как у реальных телескопов соотносится вес зеркала и системы позиционирования. Раз уж аналогия лазера на зеркалах с рефлекторами напрашивается. Например, сплошное 6-метровое зеркало БТА весит 42 тонны без учёта оправы, а масса подвижной части телескопа составляет ~650 тонн. И ещё ~200 тонн -- неподвижной. Сегментированные 10-метровые зеркала Кеки весят по 18 тонн каждое. Общая масса телескопа составляет ~300 тонн. В каждом случае масса зеркала это ~5-7% от всей конструкции. Несколько оптимистичее, чем с нашей лазерной турелью. Но надо понимать, что зеркала телескопов:
(а) не надо быстро наводить на движущуюся цель, достаточно наводить точно на неподвижную, то есть, уже выбрали два из трёх, но получилось только одно;
(б) не надо охлаждать в процессе работы, достаточно термостатировать.
Проблема охлаждения
Так мы плавно подошли ко второму откровению моделирования. Основной массой самого лазера внезапно оказался не Nd:GGG (рабочее тело), а водород системы охлаждения. Да, у диодных лазеров меньше паразитного тепла. Но это значит, что мусорная часть интересующего нас гигаватта перемещается на зеркало. Или даже тераватта, если мы стремимся описать ТУ реальных пацанов. Идеальных зеркал не бывает, в том числе сохраняющих свою идеальность в процессе нагрева. Причем узкое место -- не основное десятиметровое зеркало. А множество промежуточных, которые передают на него свет.
Уничтожение отдельных лазерных турелей не приводит к снижению огневой мощи лазера. Вооруженный гигаваттным лазером космический корабль может потерять девять турелей из десяти, но пока хоть одна работает - его огневая мощь не снижается ни на йоту.
Если мы ставим 10 турелей, ну, допустим, не с десятиметровыми, а с двухметровыми зеркалами, какой теплоотвод будем закладывать с каждой? На всю котлету гигаваттного лазера? Или на те её 10%, которые должны через турель штатно проходить? Скорее всего, где-то между, с учётом секторов обстрела. И все-таки либо у нас очень жёсткое резервирование, сказывающееся на цене и массе, либо потеря турелей сокращает огневую мощь.
Поскольку лазерное оружие требует мощных источников энергии и отвода гигантскогоколичества тепла, лученосец практически целиком построен вокруг энергетической установки и огромных радиаторов. Это сразу определяет лученосец как очень крупный и массивный корабль, практически не способный к активному маневрированию. Тем более что самые эффективные типы радиаторов - капельные, основанные на сбросе за борт маленьких капель нагретого хладагента и последующем подборе их уже остывшими - довольно плохо реагируют на внезапные ускорения.... и это остается последним аргументом против того, чтобы давать канонерке собственный лазер. До тех пор, пока там именно "гигантскоеколичество", не измеренное и не понятное по порядку величины. Предоставлю слово Салтыкову:
Водяной лед температурой чуть ниже 0 по Цельсию поймает 333.5 МДж/т на плавление, еще 420 МДж/т - нагрев до кипения. Еще около 500 МДж/т можно потратить на нагрев льда с глубокого криогена. Для простоты допустим что тепловой аккумулятор ловит 1 ГДж на тонну. Теперь у нашего лазера есть «патроны», которые он жрет по тонне в секунду, но зато после боя аккумулятор можно снова охладить. Если воду не просто нагревать до кипения, а испарять получится отвести еще 2.3 ГДж/т на испарение, но пар придется сбрасывать или считать массу баллонов высокого давления в которых он будет храниться.
Если уж лазеру для нормальной работы необходим тепловой аккумулятор, логично заодно и запитать его от аккумулятора обычного. У современных литий-полимерных она подбирается к тому же 1 ГДж/т. Итого вместо 20 ядерных реакторов и 24 стеклоуглеродных радиаторов 20×80 метров на «Светлячок» можно было бы поставить по 100 тонн теплового и электрического радиаторов, которые обеспечили бы 100 секунд работы лазера с гораздо меньшей температурой и лучшим М^2. Это эффективней даже в смысле массы, не говоря уж о компактности и уязвимости. Единственный минус - время работы всеже ограничено.Поднять время работы можно заменив аккумуляторы топливными ячейками на водород-кислороде. Удельная емкость около 10 ГДж/т, что позволит радикально сократить массу аккумулятора энергии, но не тепла. При тех же 200 тоннах на все про все время работы составит 190 секунд. Еще в 2-3 раза можно увеличить за счет сброса пара.
В условиях CoaDE этого более чем достаточно, там flyby мимо конкурентов с кинетическим оружием примерно такой и будет. Они же хотя сближаться быстро, чтобы получить бонусные километры в секунду относительной скорости. Но если вспомнить, что сама турель с 10-метровым зеркалом весит 250 тонн при использовании электроактуаторов и килотонну при использовании маховиков, можно недрогнувшей рукой и на 5 минут боя без необходимости сброса пара запастись. Было бы. К сожалению, конструктор CoaDE в принципе не в теме тепловых аккумуляторов. Ограничения модели.
Вообще, учитывая всё это, возникают, и не только у меня, резонные вопросы, а будет ли рефлектор оптимальным вариантом лазера. Салтыков предлагает делать не зеркала, а линзы, через которые прокачивается прозрачный хладагент. Учитывая массу системы наведения, стационарная фиксация в ней самого лазера (особенно если его облегчить через чит-код "не ламповый, а диодный") ситуацию меняет не сильно, а избавившись от твёрдых зеркал, мы избавляемся от вопроса, можно ли вообще создать подходящие для наших задач зеркала. Также ходят слухи о разработке лазеров, использующих принцип АФАР, то есть, не имеющих массивных частей, которые надо вращать физически. Но это уже совсем другая история, потому что оценки расходимости там тоже будут другими.
А не вычеркнуть ли заодно кинетику?
Вы можете спросить: а не TINA ли? Действительно, проблема наведения, казалось бы, универсальна по отношению к тому, чем вы там на мегаметр собрались стрелять. Кинетическому оружию интерферометр тоже желателен. А я отвечу, что не всё тут так просто. Лазер передаёт энергию порциями (довольно небольшими, если на дифракционную расходимость поработал мегаметр) и должен какое-то время вести цель лучом. Отсюда необходимость в маховиках в тысячу раз тяжелее зеркала. Кинетика передаёт энергию одной большой плюхой, пролетающей габарит цели насквозь за десятитысячные доли секунды даже если это снаряд рейлгана, а если речь о кинетической артиллерии реальных пацанов, то как бы не десятимиллионные. Удерживать прицел на цели не надо, от приводов лишь требуется гулять туда-сюда вокруг точки пересечения расчётных траекторий снаряда и цели достаточно медленно, чтобы автоматика успела выполнить работу канонира XIX века. Кроме того, в отличие от пушек XIX века, пушки светлого космического будущего имеют чит-коды "стрельба очередью" и "стрельба дробью", дающие некоторый плюс-минус к точному моменту, когда надо "дернуть за веревочку". Поэтому "космический линкор Ямато" из поста Салтыкова благополучно наводит с мегаметра рейлганы тупо корпусом. А турели пылемётов и макронных пушек из моих книг не должны иметь таких же тяжелых противовесов, как получается для лазера. А чтобы с лазером получилось так же весело, его надо делать импульсным, и в плане способности точно и методично разрушать отдельные системы цели особой разницы с кинетикой при таком подходе не будет. Только проблемы с дифракционной расходимостью никуда не денутся.
Также попадает под вопрос внешний привод, с легкой руки gans2 наделённый способностью вести цель хоть у Юпитера, вися и собирая энергию в ближайших окрестностях Солнца. И другая сторона медали -- проекты орбитальных электростанций, работающих по тому же принципу. Но это вопрос со звёздочкой и ответ на него не настолько пессиместичен. Во-первых, от внешнего привода не требуется высокой плотности энергии: её недостаток легко компенсировать временем облучения. Так что, луч может быть даже шире корабля, и попадать он должен в парус, который тоже сделают широким. Во-вторых, корабль, пользующийся внешним приводом, заинтересован, чтобы в него попали, и может центрироваться по лучу, исправляя ошибки наведения. В-третьих, смысл внешнего привода как раз в том, что маховики и электроактуаторы никуда не летят, и фактически не имеют никаких ограничений по массе. Только по цене, и те мягкие, учитывая огромный профит от транспортной системы. Тем не менее, создание рабочего внешнего привода, оперирующего в масштабах хотя бы внутренних планет, представляется сложной инженерной задачей, которую могут решать столетиями. Как, собственно, и было в сеттинге, над развитием которого сейчас работает gans2.
Массу зеркал экстраполировал по зеркалу летавшего YAL-1. Масса его турели 7 тонн. Корвет "Меченосец" по задумке имел три маленьких зеркала 260-см, и одно большое, сложенное из семи маленьких шестиугольников, представляющих собой обрезанные 260-см. У зеркала масса квадратично зависит от диаметра, т.к. это плоская конструкция. В первом приближении считаем, что масса турели пропорциональна массе зеркала. Получилось: главное зеркало -- 125 тонн; 3 вспомогательных зеркала по 17,9 тонн, 53,8 тонн всего.
Массу лазера оценил исходя из пружинного предела. Очень грубая оценка в формате "ну, технологии далекого будущего могли бы такого достичь". Предполагаем, что терраватный лазер содержит терраджоуль энергии, делим на 30 МДж на кг, получаем 33 тонны. Докидываем на части лазера, которые напрямую не держат энергию, но нужны для эксплуатации, получаем 50 для круглого счета. Радиаторы тоже 50 тонн, т.к. они должны излучать терраджоуль. Мега-грубая оценка, реальность скорее превысит её, может даже в разы. Сухая масса оружейных систем 125+54+50+50 = 329 тонн. Реактор решил объединить с плазменным двигателем, у меня там были стандартные блоки по 100 тонн. Вроде бы осталось 70 тонн, а на самом деле...
Масса систем отвода тепла условно не показана. Масса баков для топлива и хладагента условно не показана, брони не влезло никакой, резервирования никаких систем нет. И хрен бы с ним с местом для экипажа, и хрен бы, что лазер резиновый, реальность лазерного корвета в такой массе всё равно под вопросом.
Поскольку одна голова хорошо, а две лучше, я поделился этими вычислениями с Михаилом Салтыковым. Он вдохновился собрать лазерный корабль в конструкторе CoaDE (компьютерный симулятор космических боев по правилам "атомных ракет"), чтобы посмотреть, как оно будет в не первом приближении, а в имитационном моделировании. Да, технически игра с таким высоким уровнем детализации и встроенной песочницей является имитационной моделью, отличающейся от реально используемых в интересах народного хозяйства только тем, что в реальности задачи создать боевой космический корабль для разборок за астероиды перед нами пока не стоит.
Подробности имитации можно найти здесь. Спойлер: нет, ребята, ни хрена, всё намного хуже. В процессе обсуждения мы обнаружили пару узких мест, которые может не так страшны для моего романа, но страшны для концепции лученосца и прокси зеркал.
Проблема прицеливания
Первое, о чем сказал нам симулятор. На самом деле, экстраполировать лазерную турель от YAL-1 некорректно. От неё никто не требовал стрелять на расстояние в 1000 км (мегаметр, миллион метров). Зачем мегаметр? Чтобы использовать теоретические возможности реакторов космической шпаны. Что такое мегаметр в терминах прицеливания? Ну, одна угловая секунда это 4,8481e-6 радиан. То есть, объект с линейным размером 5 метров будет на расстоянии в мегаметр иметь угловой размер как раз в одну секунду. Для сравнения, орбитальный телескоп Hubble в видимом свете имеет разрешение 0,06 угловой секунды, когда смотрит в космос. Это самый большой на сегодняшний день массовый телескоп-рефлектор, выведенный на орбиту. Массовый потому, что аналогичен по конструкции вполне серийно производившимся спутникам-шпионам. Джеймс Уэбб и другие были штучными изделиями, но там в своих диапазонах разрешение того же порядка. И вот, в таком телескопе объект с линейным размером 5-10 метров на расстоянии порядка мегаметра представляет собой десяток пикселей. Говорить о выцеливании отдельных узлов корабля по такой картинке в теории ещё можно, ну, того же девятиметрового зеркала, но по-хорошему нужны прицельные интерферометры. А ведь для реальных пацанов мегаметр не предел, просто в боевой модели CoaDE это программное ограничение.
Проблема в другом. Что при поперечной скорости порядка 1 км/с (вполне реально даже в условиях CoaDE) цель ежесекундно смещается на 200 угловых секунд. А вам надо светить в конкретную и желательно несколько секунд времени. А цель ещё может крутиться и дергаться. Короче, реализация желаемых возможностей боевого лазера требует от турели высокой точности и скорости наведения. На пути которой, увы, встаёт инерция приводов. Чтобы ошибки были относительно приемлемы, приводы должны быть тяжелыми. Насколько? У Салтыкова система маховиков весила... примерно тысячу тонн. Для десятиметрового зеркала, которое само по себе весило 2 тонны. И всё равно луч пляшет по цели.
Вы скажете: сомнительно, но окей. А я отвечу, что собственно гигаваттный (в смысле потребляемой мощности) лазер, собранный в конструкторе CoaDE, весит 26 тонн, и это без особой оптимизации. Которая не имеет смысла, ибо по лазерам CoaDE -- ламповая ретрофантастика. Буквально. Там рассматриваются лазеры на газоразрядных лампах, у которых максимум излучения совсем не там, где надо, из-за чего КПД ни о чём. В современных системах используется накачка от светодиодов, и в будущем речь явно зайдёт о ней.
Так что, при существующих и перспективных технологиях в 26 тонн вписывается на порядок более убойный девайс, чем собрал Салтыков. А стоит лазер в шесть раз дешевле турели. Конечно, стоимость в CoaDE -- понятие очень условное, но какое-то представление о сложности добычи комплектующих даёт. Эта "электростанция на схеме условно не показана".
Высокие угловые скорости не помогают спастись от лазерной атаки. Лазерная турель - сооружение сравнительно легкое, и вращать ее можно очень быстро (адаптивная же оптика полностью решает проблему времени реакции). Увы, но космические истребители действительно бесполезны; маневрировать, быстрее чем у линкора лазеры поворачиваются, они не смогут.
Имитационное моделирование опровергло. Сравнительно легкая, вращать очень быстро, наводить очень точно -- выберите два из трёх.
Лазерных турелей на боевой технике может быть много, а вот лазерная пушка - скорее всего, одна. Надежно укрытая в бронированном каземате в глубине корпуса. Впрочем, по соображениям резервирования, лазеров может быть и несколько.
При таком весовом и ценовом соотношении снабжать одну пушку более чем одной турелью смысла нет. И как-то особо прятать лазер внутри корпуса в ущерб простоте его охлаждения. Самое дорогое и труднозаменимое тут всё равно турель, причем даже не зеркало, а механическая часть. Но это ещё цветочки, сейчас будут ягодки. Посмотрим на ситуацию с другой стороны. Если добавить прокси-канонерке из поста о лученосцах собственный лазер, это повысит её стоимость менее чем на 10% (турель не единственное, без чего корабль не полетит) и практически никак не скажется на сухой массе. Зато избавит от гемора ловить чужой луч и ограничений в секторах обстрела, связанных с этим подходом. Ну и нафига при таком раскладе лученосец?
Можно лечить через замену маховиков на электроактуаторы. Это снижает массу и стоимость турели в четыре раза, что лучше, но не принципиально. Лазер уже не берется "на сдачу", но всё ещё стоит сравнимо, а весит пренебрежимо.
Можно офигеть от таких заявлений, пойти и посмотреть, как у реальных телескопов соотносится вес зеркала и системы позиционирования. Раз уж аналогия лазера на зеркалах с рефлекторами напрашивается. Например, сплошное 6-метровое зеркало БТА весит 42 тонны без учёта оправы, а масса подвижной части телескопа составляет ~650 тонн. И ещё ~200 тонн -- неподвижной. Сегментированные 10-метровые зеркала Кеки весят по 18 тонн каждое. Общая масса телескопа составляет ~300 тонн. В каждом случае масса зеркала это ~5-7% от всей конструкции. Несколько оптимистичее, чем с нашей лазерной турелью. Но надо понимать, что зеркала телескопов:
(а) не надо быстро наводить на движущуюся цель, достаточно наводить точно на неподвижную, то есть, уже выбрали два из трёх, но получилось только одно;
(б) не надо охлаждать в процессе работы, достаточно термостатировать.
Проблема охлаждения
Так мы плавно подошли ко второму откровению моделирования. Основной массой самого лазера внезапно оказался не Nd:GGG (рабочее тело), а водород системы охлаждения. Да, у диодных лазеров меньше паразитного тепла. Но это значит, что мусорная часть интересующего нас гигаватта перемещается на зеркало. Или даже тераватта, если мы стремимся описать ТУ реальных пацанов. Идеальных зеркал не бывает, в том числе сохраняющих свою идеальность в процессе нагрева. Причем узкое место -- не основное десятиметровое зеркало. А множество промежуточных, которые передают на него свет.
Уничтожение отдельных лазерных турелей не приводит к снижению огневой мощи лазера. Вооруженный гигаваттным лазером космический корабль может потерять девять турелей из десяти, но пока хоть одна работает - его огневая мощь не снижается ни на йоту.
Если мы ставим 10 турелей, ну, допустим, не с десятиметровыми, а с двухметровыми зеркалами, какой теплоотвод будем закладывать с каждой? На всю котлету гигаваттного лазера? Или на те её 10%, которые должны через турель штатно проходить? Скорее всего, где-то между, с учётом секторов обстрела. И все-таки либо у нас очень жёсткое резервирование, сказывающееся на цене и массе, либо потеря турелей сокращает огневую мощь.
Поскольку лазерное оружие требует мощных источников энергии и отвода гигантскогоколичества тепла, лученосец практически целиком построен вокруг энергетической установки и огромных радиаторов. Это сразу определяет лученосец как очень крупный и массивный корабль, практически не способный к активному маневрированию. Тем более что самые эффективные типы радиаторов - капельные, основанные на сбросе за борт маленьких капель нагретого хладагента и последующем подборе их уже остывшими - довольно плохо реагируют на внезапные ускорения.... и это остается последним аргументом против того, чтобы давать канонерке собственный лазер. До тех пор, пока там именно "гигантскоеколичество", не измеренное и не понятное по порядку величины. Предоставлю слово Салтыкову:
Водяной лед температурой чуть ниже 0 по Цельсию поймает 333.5 МДж/т на плавление, еще 420 МДж/т - нагрев до кипения. Еще около 500 МДж/т можно потратить на нагрев льда с глубокого криогена. Для простоты допустим что тепловой аккумулятор ловит 1 ГДж на тонну. Теперь у нашего лазера есть «патроны», которые он жрет по тонне в секунду, но зато после боя аккумулятор можно снова охладить. Если воду не просто нагревать до кипения, а испарять получится отвести еще 2.3 ГДж/т на испарение, но пар придется сбрасывать или считать массу баллонов высокого давления в которых он будет храниться.
Если уж лазеру для нормальной работы необходим тепловой аккумулятор, логично заодно и запитать его от аккумулятора обычного. У современных литий-полимерных она подбирается к тому же 1 ГДж/т. Итого вместо 20 ядерных реакторов и 24 стеклоуглеродных радиаторов 20×80 метров на «Светлячок» можно было бы поставить по 100 тонн теплового и электрического радиаторов, которые обеспечили бы 100 секунд работы лазера с гораздо меньшей температурой и лучшим М^2. Это эффективней даже в смысле массы, не говоря уж о компактности и уязвимости. Единственный минус - время работы всеже ограничено.Поднять время работы можно заменив аккумуляторы топливными ячейками на водород-кислороде. Удельная емкость около 10 ГДж/т, что позволит радикально сократить массу аккумулятора энергии, но не тепла. При тех же 200 тоннах на все про все время работы составит 190 секунд. Еще в 2-3 раза можно увеличить за счет сброса пара.
В условиях CoaDE этого более чем достаточно, там flyby мимо конкурентов с кинетическим оружием примерно такой и будет. Они же хотя сближаться быстро, чтобы получить бонусные километры в секунду относительной скорости. Но если вспомнить, что сама турель с 10-метровым зеркалом весит 250 тонн при использовании электроактуаторов и килотонну при использовании маховиков, можно недрогнувшей рукой и на 5 минут боя без необходимости сброса пара запастись. Было бы. К сожалению, конструктор CoaDE в принципе не в теме тепловых аккумуляторов. Ограничения модели.
Вообще, учитывая всё это, возникают, и не только у меня, резонные вопросы, а будет ли рефлектор оптимальным вариантом лазера. Салтыков предлагает делать не зеркала, а линзы, через которые прокачивается прозрачный хладагент. Учитывая массу системы наведения, стационарная фиксация в ней самого лазера (особенно если его облегчить через чит-код "не ламповый, а диодный") ситуацию меняет не сильно, а избавившись от твёрдых зеркал, мы избавляемся от вопроса, можно ли вообще создать подходящие для наших задач зеркала. Также ходят слухи о разработке лазеров, использующих принцип АФАР, то есть, не имеющих массивных частей, которые надо вращать физически. Но это уже совсем другая история, потому что оценки расходимости там тоже будут другими.
А не вычеркнуть ли заодно кинетику?
Вы можете спросить: а не TINA ли? Действительно, проблема наведения, казалось бы, универсальна по отношению к тому, чем вы там на мегаметр собрались стрелять. Кинетическому оружию интерферометр тоже желателен. А я отвечу, что не всё тут так просто. Лазер передаёт энергию порциями (довольно небольшими, если на дифракционную расходимость поработал мегаметр) и должен какое-то время вести цель лучом. Отсюда необходимость в маховиках в тысячу раз тяжелее зеркала. Кинетика передаёт энергию одной большой плюхой, пролетающей габарит цели насквозь за десятитысячные доли секунды даже если это снаряд рейлгана, а если речь о кинетической артиллерии реальных пацанов, то как бы не десятимиллионные. Удерживать прицел на цели не надо, от приводов лишь требуется гулять туда-сюда вокруг точки пересечения расчётных траекторий снаряда и цели достаточно медленно, чтобы автоматика успела выполнить работу канонира XIX века. Кроме того, в отличие от пушек XIX века, пушки светлого космического будущего имеют чит-коды "стрельба очередью" и "стрельба дробью", дающие некоторый плюс-минус к точному моменту, когда надо "дернуть за веревочку". Поэтому "космический линкор Ямато" из поста Салтыкова благополучно наводит с мегаметра рейлганы тупо корпусом. А турели пылемётов и макронных пушек из моих книг не должны иметь таких же тяжелых противовесов, как получается для лазера. А чтобы с лазером получилось так же весело, его надо делать импульсным, и в плане способности точно и методично разрушать отдельные системы цели особой разницы с кинетикой при таком подходе не будет. Только проблемы с дифракционной расходимостью никуда не денутся.
Также попадает под вопрос внешний привод, с легкой руки gans2 наделённый способностью вести цель хоть у Юпитера, вися и собирая энергию в ближайших окрестностях Солнца. И другая сторона медали -- проекты орбитальных электростанций, работающих по тому же принципу. Но это вопрос со звёздочкой и ответ на него не настолько пессиместичен. Во-первых, от внешнего привода не требуется высокой плотности энергии: её недостаток легко компенсировать временем облучения. Так что, луч может быть даже шире корабля, и попадать он должен в парус, который тоже сделают широким. Во-вторых, корабль, пользующийся внешним приводом, заинтересован, чтобы в него попали, и может центрироваться по лучу, исправляя ошибки наведения. В-третьих, смысл внешнего привода как раз в том, что маховики и электроактуаторы никуда не летят, и фактически не имеют никаких ограничений по массе. Только по цене, и те мягкие, учитывая огромный профит от транспортной системы. Тем не менее, создание рабочего внешнего привода, оперирующего в масштабах хотя бы внутренних планет, представляется сложной инженерной задачей, которую могут решать столетиями. Как, собственно, и было в сеттинге, над развитием которого сейчас работает gans2.