Стрельба и взрывы в фантастике⁠⁠ (джен)

Для начала о взрывах. Знаменитая фраза Лукаса:

— Я знаю, что звуки в космосе не распространяются.

Звуки да. А взрывы? Из физики взрыва известно, что в нормальных земных условиях газы от взрыва самого ВВ в воздухе распространяются на 10 — 12 диаметров заряда, а дальше уже идет ударная волна, состоящая из колебаний частиц воздуха, говоря по-простому. Дальше по мере рассеивания энергии ударной волны на трение, перемещение предметов... и просто на куб расстояния, наступает момент, когда сверхзвуковая ударная волна переходит на дозвук и становится просто звуковой волной, которая слышится на изрядном расстоянии, очень сильно превышающим то, на котором взрыв хоть как-то опасен.

Промышленным взрывникам известно, что давление ударной волны меньше 30 кПа считается безопасным для жизни (но не здоровья) человека.

Если взрыв произойдет в космосе... с одной стороны, ударная волна будет состоять только из продуктов разложения ВВ или из испаренного вещества, например лазерным лучом.

Формула давления ударной волны, известна как формула Садовского

https://cs14.pikabu.ru/post_img/2022/03/16/12/1647462082236358897.jpg

Стрельба и взрывы в фантастике Киноляп, Мнение, Космическая фантастика, Космос, Оружие, Лазерное оружие

В которой ∆Рф — избыточное давление, кПа; G — масса тротилового заряда, кг; R — расстояние от центра взрыва до объекта, м.

Предположим, что "Тысячелетний сокол" выстрелил некий снаряд весом 10кг тротилового эквивалента в... ну не знаю в кого, и попал с расстояния 100 м, как в 5 эпизоде в бою с тайфайтером. Давление ударной волны по его собственной обшивке будет 2,3 кПа, что примерно можно пересчитать в 160 децибел. Понятно, что обшивка ослабит звук, но хлопок будет слышен.

То есть можно прийти к выводу, что война в космосе не будет бесшумной, и Лукас прав в фильме, но не прав в интервью.

Стрельнем, пожалуй...

Известно, что из всей энергии порохового заряда, лишь 25 — 35 процентов идет на разгон пули или снаряда. Еще процентов 5 — 15 нагревают ствол, в том числе трением оболочки или поясков, а остальное вылетает как температура и скорость пороховых газов. Посмотрев наизнанку, можно сказать, что нагрев огнестрельного оружия это только 5 — 15 процентов энергии выстрела, и тот приходится на ствол, то есть часть относительно удаленную от руки стрелка.

А что с любимым фантастами лазерным оружием?

КПД лазеров на данный момент не превышает 25 — 30 процентов от подведенной мощности. А остальные 75 — 70 процентов энергии идут на нагрев частей лазера, которые приходится охлаждать в том числе проточно-водяным способом.

Даже если предположить серьезный прорыв в технологии создания лазеров, то все равно, пропускание всей мощности импульса, плюс потери, через части установки, создадут очень серьезную проблему их нагрева. А с охлаждением в космосе очень сложно — теплопередачи в воздух нет, конвекции тоже. Для условно стационарных установок еще можно предположить какие-то системы жидкостного охлаждения, перекачивающие нагревшуюся жидкость в радиаторы, то для ручного оружия ... все грустно.

Какая энергия луча нужна на выстрел, чтобы хоть кого-то повредить?

Предполагая, что при стрельбе по непрозрачному пришельцу, энергия луча идет на импульсный нагрев поверхности и дальнейшее взрывообразное расширение нагретого, можно предположить что ... убойное действие лучевого оружия, на килоджоуль энергии, много меньше огнестрельного!

Замечу, что если пришелец попадется полупрозрачный типа медузы или привидения, то луч разогреет среду внутри него, что очень кратно усилит действие лазерного оружия на такую редкую цель.

Пренебрегая скоростью нагрева лучом, и не имея никаких данных о реальном действии импульсного лазерного оружия на живые цели, но опираясь на данные по несчастным случаям с ВВ, что минимальная допустимая убойность это эквивалент 2 — 3 гр тротила, а 50г вполне сгодится оторвать лапку монстру. Один грамм тротила это 4 184 джоулей.

Получаем что 10 килоджоулей это минимальная энергия выстрела лазерного пистолета...

Чтобы подстрелить пришельца хотя бы 10 кДж импульсом, придется рассеять на частях оружия еще 30 кДж тепла.

Посчитаем. Теплоемкость железа 640,57 Дж/кг·К. То есть с каждого выстрела, лазерный пистолет будет нагреваться на 45 градусов... Неприятно. Как с этим бороться? Встроить в пистолет бутылочку со спиртом. Теплота испарения его 906 кдж кг., то есть расход спирта на охлаждение активного элемента лазерного оружия примерно 30 — 40 граммов. Отчего не с водой? Замерзает. Водяной пар — хороший окислитель.

Такое решение сделает оружие весьма громоздким — кроме объема батарей, еще и емкость с жидкостью испарительного охлаждения, выхлоп пара из которого будет давать некий импульс отдачи, хотя тут есть возможность вывести патрубки в разные стороны поперек ствола, чтобы скомпенсировать реактивные моменты...

Что напрашивается, так это "пиррянский пистолет" , связанный неким жгутом с остальным снаряжением, по которому идут провода с электричеством и спиртопровод... а может вернуться к старому доброму огнестрелу?