Луч света в темном царстве

Давненько я не брал в руки CoaDE. На этот раз решил попробовать собрать гигаваттный (по входной мощности) лазер с десятиметровым зеркалом и посмотреть что оно может. Вообще предельная мощность лазеров в игре 10 ГВт (еще раз, на входе), но для такого придется заморочиться еще и с разработкой мощных реакторов и больших радиаторов. Дефолтные реакторы выдают максимум 60 МВт, у меня есть на 50 МВт, но сильно облегченный. Напихать 200 реакторов для получения 10 ГВт теоретически конечно можно, но как-то не хочется.

Исходный лазер из моих старых разработок:

Видим что основную массу дают водород в системе охлаждения и само активное веществе (Nd:GGG). Путем увеличения и разгона трубины системы охлаждения удалось уменьшить длину лазера и массу при этом поднять мощность до 1 ГВт. Фокуссирующее зеркало сделал отдельным модулем:

В принципе массу можно уменьшить еще:

Но начинает проседать КПД и выходная мощность. Возможно как-то можно решить оптимизировав геометрию лазера, но суета сует. Ибо нашему лазеру нужно фокусирующее зеркало диаметром 10 метров в турельной установке, что тянет на килотонну с лишним

Пробовал ставить стационарное зеркало

и наводить корпусом корабля, но на 1000 км наведение корпусом слишком грубое. Даже с турелью луч пляшет по цели, без нее светить лазеру получается лишь несколько секунд после чего наведение сбивается.

Почему зеркало такое большое? Потому что чем больше зеркало, тем лучше фокусируется луч. Больше можно, но даже с 10 метрами турель весит килотонну. Дистанция 1000 км максимальная для боевого режима в игре.

Первый бой. С космическим линкором «Ямато».

Стреляем из курсового рельсотрона:

Мажем просто за счет углового разброса и опять не слишком точного наведения корпусом:

Возможно я попал бы турельными рельсотронами, но не стал проверять. Но проверил эффективность против ракет в полиэтиленовой броне:

Когда-то у них была кевларовая, уже не помню когда и зачем переодел. ракеты были перехвачены, но на последних десятках километров:

Далее «Светлячек» взялся за «Ямато» и выжег ему рельсотроны:

Поразить бортовые пороховые орудия он так и не смог, как мне тогда казалось потому что я маневрировал и не давал концентрироваться на одной пушке. На самом деле нет.

Следующий эксперимент со специально-обученным кораблем для тестирования брони вооруженным пороховыми турелями аналогичными тем что выжили на «Ямато»:

Подлета снарядов пороховых пушек я так и не дождался, но за время ожидания лазеры так и не смогли выбить пороховые пушки. Повторил поменявшись местами с ИИ приказав «Светлячку» стрелять по турелям ATV-2 — тот же результат. И так, дело было в броне.

Рельсовая турель защищена 20 см паутинного шелка

А вот пороховая — 5 см кевлара (Aramid Fiber):

У кевлара в 5000 раз меньше теплопроводность и он хуже поглощает тепло. Против механического воздействия у него гораздо лучше механические характеристики включая скорость звука.

Теперь делаем высокоскоростную гаусс-турель в кевларе:

И ставим на корабль:

За две минуты полета снарядов лазер не успел сжечь ни одной турели. Посмотрим что будет на меньшей дистанции:

Теперь бой начинается на 100 км, одна турель уже выбита не смотря на броню.

Полностью турели выбило секунд за 30-40 при подлетном времени снарядов 12 секунд. Бот мог бы выиграть если бы додумался открыть огонь не дожидаясь выхода на прицельную дальность. Но в то же время турелями успехи лазерщика и закончились — бурить корпус содержащий метр графитового аэрогеля он будет долго. Аэрогель тоже является эффективной противолазерной защитой, но он эффективен при большой толщине так что для турелей подходит плохо.

Плотность энергии лазерного луча на 100 км составляла 22,8 ГВт/м2 при мощности луча 35 МВт. Площадь пятна 0.0015 м2, что соответствует диаметру 0.044 метра. При этом дифракционный предел для данных длинны волны, расстояния и апертуры составляет ~5 мм. Разница объясняется плохим M^2 или добротностью нашего луча, а плохой он из-за того что в игре нет тепловых аккумуляторов, а эффективное отведение тепла через радиатор-излучатель возможно лишь при высоких температурах, в случае нашего лазера 1140 К.

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.

КПД нашего лазера по современным меркам низкий. Как видно из скриншотов, основная причина в неэффективной накачке от газоразрядной лампы с максимумом излучения вообще не там где надо. В современных лазерах проблема решена заменой лампы на светодиоды, но игра тут консервативна.

Пятиминутка самопиара

У себя в «Эффекте Оберта» я использую диодную накачку с общим КПД 20 %. Для получения луча мощностью 35 МВт нужна электрическая мощность всего-лишь 175 МВт из которых в лазере останется лишь 140 МВт для улавливания которых достаточно 140 кг/с водяного льда без сброса пара. Питание осуществляется либо от батарей как более простого и компактного решения чем топливные ячейки, либо от турбогенератора на компонентах топлива носителя.

С другой стороны я порезал осетра в области зеркал. В том числе потому что ни чего подобного главному зеркалу боевого лазера ни кем не делалось — зеркала телескопов работают с гораздо меньшими световыми потоками и не требуют активного охлаждения. Собственно именно в зеркала и линзы на сегодняшний день упираются попытки собрать боевой лазер — с энергией уже проблем нет. При этом большое зеркало с одной стороны позволяет жарить дальше, а с другой стороны является замечательным пулеуловителем. И наконец оно должно массово производиться. В качестве компромисса я выбрал диаметр 2 метра, что означает увеличение диаметра пятна в 5 раз по сравнению с 10-метровым зеркалом на той же дистанции. Что вполне может быть скомпенсировано ростом добротности, если не сверхкомпенсировано.

Пятиминутка общефантастических рассуждений

Уж не знаю откуда в фантастике пошел стереотип о лазере как бронебойном оружии. Хотя против традиционных материалов вроде стали и прочих металлов лазер и правда может быть весьма эффективен за счет их высокой теплопроводности, специализированная защита существенно сокращает его эффективность.

В Battlefleet Ghotic: Armada, которая компьютерная у настолки пожалуй многовато странных условностей. Так вот, тамошние «лазеры» они же лэнс-орудия почти гарантировано попадают и при этом игнорят броню. Но при этом урона наносят в разы меньше чем макробатарея аналогичного размера. Зато при попадании в не прикрытый щитом корпус с высокой вероятностью критуют. Щит же явлется фактически регенерируемым корпусом без брони и противодействует лэнсам за счет того что пока они его снимут он восстановится.

В реальности щитов не завезли но лазеры плохо пробивают специализированную броню. С критами же можно бороться либо «по-эльдарски» скрывая силуэт корабля помехами, либо просто используя то что космос не море и можно невозбранно вертеться вокруг каких надо осей не подставляя уязвимые места слишком надолго. Флот Земли в Вархаммер-40000 мог бы вместо щитов иметь спецправило «Аблативная броня» уменьшающее урон от лэнсов и «Перехватчики» — возможность сбивать снаряды макропушек из турелей ПВО.