Крайние средства решения конфликтов во вселенной, с реалистичной физикой

[alex_semenov]

Вроде, с кавалерией, пока, дело - швах! Загнали коников, на пену оне изошли!

Ничего подобного. Ганс просто подбрасывает дрова. Детали. А я их пытаюсь как-то сложить до кучи. Картина в целом получается сложная. Но ведь даже современный бой на земле - бой технологий, идей, подходов. А в том случае будет все еще хитрей.
Так что все путем!
 

[alex_semenov]

Рой  летит по вычисляемым траекториям, и несет приличную энергию.

Бред.
У роя есть электронные мозги, боевое задание и двигатели корректировки курса. Поэтому летит он не "по вычисляемым траекториям" а "курсом Партии и Правительства" их пославших. Да еще при этом проявляют военную смекалку и расчет.

[alex_semenov]

Городить сложные кинетические агрегаты с уклонителями и наводителями - профанация идеи дешевого оружия.

Ганс. Это ваша пена - профанация. Сложные кинетические агрегаты набитые тонкой электроникой и системами управления это и есть ДЕШЕВОЕ оружие.
Потому что для производства этой миллиона штук этой электроники нужны граммы редких металлов и килограммы нередких и кристаллического кремния. Все это есть у них под ногами либо в изобилии либо в достаточном количестве. По крайней мере они могут привезти совсем уже дефицитный "витамин" для их электроники с собой на первых порах.
То есть, наши роботы могут снабжать мозгами буквально каждую ПУЛЮ. И это будет дешево. Не с нашей тупой точки зрения а с их.  При этом  каждая пуля, получив свои кила или мегаджоули кинетики, постарается лечь строго в цель.
А вот тонну даже простого урана или тория добыть на занюханном астероиде в Койпере который, в основном из кремния и углерода или железа и никеля - это действительно запредельно ДОРОГО для них. И куда этот уран в итоге пойдет (как вас послушать)? На обогрев Вселенной? На ее освещение рентгеном?
Верх кретинизма!
Ганс перестанте мыслить категориями НАШЕГО промежутка времени. Мы расточительны и глупы.

[alex_semenov]

Я все же приведу ответы на поставленный ранее набор задач.
Ибо рассуждения размахиваниями рук и выпучиванием глаз неубедительны.
Для закрепления материала, так сказать.

На обороняемый вами объект (предположительно база на Церере), из зенита летит вертикально вниз снаряд из цельного куска железа со скоростью 30 км/с. Диаметр снаряда 50 см, длинна 6.5м.
Используя википедию:

0) Определить массу снаряда.

Масса = объем на плотность. M=V*p. Объем цилиндра: площадь основания на высоту. V=S*h = пи()*R^2*h = пи()*D^2*h/4
M= p*пи()*D^2*h/4
Свойства железа: http://ru.wikipedia.org/wiki/железо
Плотность p= 7,874 г/см3 = т/м3
M= пи()*0,5^2*6,5*7,874/4 =10,049 тонн

Как вы понимаете, я считал в обратном порядке. Взял 10 тонн и рассчитал габариты железной колонны. Я даже нарисовал "на полях" в своей "электронной тетрадке" ее и рядом поставил фигурку человека (1.8м) из набора псевдосимвлов. Мне картинка понравилась. Противокорабельная ракета "Москит" имеет большие габариты.
http://ru.wikipedia.org/wiki/3М-80 «Москит»



Хотя у нашего снаряда масса больше чем у "Москита" в два раза.
Переходим к следующей задаче.

1) Определить его энергию в тротиловом эквиваленте.

Кинетическая энергия снаряда E=M*v^2/2 (чтобы получить джоули не забыть перевести тонны в килограммы, а километры/с в метры/с!)
E= 10 050* 30 000*30 000/2 =4,5225*10^12 Дж

Тротиловый эквивалент "гуглим": http://ru.wikipedia.org/wiki/Тротиловый эквивалент
1 тонна ТНТ 4,184*10^9 Дж
Ет = (4,5225*10^12)/(4,184*10^9) =1080,90 т. (здесь тонны!)

Получилась круглая, красивая цифра 1 килотонна ТНТ (честно случайно!).
Уже ядерная величина взрыва.
Как это выглядит?
Вот тут: http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/04/04/212700.html Описывается испытание "Божественная полоска" где взорвали 700 тонн АСДТ. Что за фигня этот АСДТ?
Здесь: http://ru.wikipedia.org/wiki/АСДТ  сообщается, что тротиловый эквивалент этого "удобрения" 0.8. Это значит 700*0,8= 560 тонн ТNT. То есть половина от нашего.
И вот как выглядит взрыв половинной мощность:



На переднем плане, кажется, истребитель "фантом".
Но, как мы научены уже опытом, динамика в нашем случае может быть совсем другой и, возможно, куда менее зрелищна. Вообще говоря, чем эффективней оружие (устройство), тем оно меньше производит всяких спецэффектов. Вспышек, дыма, шума... "Голливудщины". Так на этом эффектном взрыве видно, что взрывчатка разлетается и догорает уже в воздухе. Поэтому такое красивое фото и получилось.
Вот тут http://www.dvgu.ru/forum/print.php?threadid=2238&page=1&sid=f6f1d3a9af35021e0a21d8da57104593 я нашел еще одно интересное фото:



Неглубокий подземный ядерный взрыв на сделанный выброс грунта, США, 29 ноября 1951 года. Мощность 1,2 кт. Глубина взрыва 17 футов, т. е. 5.18 метра. Возникший кратер был более 16 метров глубиной и 79.2 метра шириной.

Вот это очень похоже на наш случай. Можно брать за основу.

Продолжение следует.

[alex_semenov]

2) Определить энергию необходимую для испарения снаряда (Qнагрева+Qплавления+Qперегрева+Qиспарения) и подсчитать какой это процент от кинетической энергии снаряда.

Тут сразу приведена подсказка как считать. Опять берем ссылку на вики со свойствами железа: http://ru.wikipedia.org/wiki/железо

Прежде всего нам нужна теплоемкость.
Но там есть только молярная теплоемкость 25,14Дж/(K*моль). Поэтому надо пересчитать на килограммы. Берем моль железа там же 55,847   г/моль. То есть 0,055847 кг – один моль.  Значит, теплоемкость 1 кг: 25,14/0,055847
С= 450,2 Дж/(К*кг)
Нам нужна теплота плавления: P= 247100 Дж/кг (перевожу в джоули сразу!)
Кстати, и температура плавления здесь же: Tp=1 812 К.
Нам нужна теплота испарения: W=6088 000 Дж/кг
И нам нужна температура кипения: Tw=3134 К.
Нам еще надо выбрать начальную температуру столба. Берем Tн= 300 К (комнатная температура - 27 цельсия. Вообще говоря, глупость, но начальная температура будет играть мало роли. А цифра круглая.)
Теперь у нас есть все данные.
Энергия необходимая для испарения нашего столба, как подсказано в условии:

Q = Qнагрева+Qплавления+Qперегрева+Qиспарения

Qнагрева – это энергия которую надо вложить в столб чтобы просто нагреть нашу болванку до температуры плавления:

Qнагрева = С*М*(Тp-Tн) (вспоминаем школьный курс физики)

Потом происходит плавление (фазовый переход при постоянной температуре)

Qплавления = P*М

Потом расплав опять греется до состояния кипения. Здесь мы огрубляем. Берем одну и ту же теплоемкость и для твердой фазы и для жидкой. А она, теплоемкость, даже в твердой фазе при разных температурах разная. Но это все – мелочи. Детали. Как мы увидим (или уже видим), львиная часть суммарной энергии не связана с этими коэффициентами, поэтому мы упрощаем расчет не замарачиваясь на несущественных деталях.

Qперегрева = С*М*(Тw-Tp)

И дальше опять фазовый переход. Испарение:

Qиспарения =W*M

Если нужна "умная" (длинная) формула для пущей важности, то вот она:

Q= С*М*(Тp-Tн)+ P*М+ С*М*(Тw-Tp)+ W*M= M*(С*(Тp-Tн)+ P+ С*(Тw-Tp)+ W)

Н если быть совсем умным (до вредности), нам тогда температура плавления вообще не нужна была с самого начала (только сейчас и увидел):

Q= M*(С*(Тw-Tн)+ P+ W)

Ну и сам расчет (все в СИ!):

Q= 10049 *( 450,2 *(3134 -300)+ 247100+ 6088 000  ) =76 482 605 373 Дж

Кстати, 450,2 *(3134 -300)=1 275 867. Если вы совсем уже "умный" и пишете диссертацию (где надо побольше всяких красот) или педагог младших классов, то неприметно построить круговую диаграмму показывающую соотношение энергий нагрев-плавление-испарение, на которой наглядно видно, что испарение – львиная доля энергии. Я вот построил (два клика) и любуюсь сам себе. Вам показать – куда больше мороки. Сами кликните.

Но по сути задачи нам осталась еще одно действие. Надо найти сколько это от кинетической энергии снаряда?

t = Q/E = (76, 5*10^9)/(4,5225*10^12) =0,017

То есть, выделив  всего 1,7% кинетической энергии несущегося к цели столба, мы его испарим к едрене фене.
Круто?

ЗЫ



Детки, у которых на носу толстенные очки, теперь втихаря, для себя  могут построить красивый график (y=A/x^2), показывающий как изменяется доля энергии необходимой для плавления снаряда с падением или увеличением его скорости. И на нем найти скорость, при которой кинетической энергии уже не хватает на плавление. Правильно детки?
Тогда, детки, мы сможем как бы охватить своим одухотворенным внутренним взором некую общую идею, мысль, вытекающую из нашей простой задачки.
Это то, что выкрикивал тут Ганс-ик.  Но он, детки, это делал без расчетов, невнятно, нагло и при этом дрался. Поэтому, как обычно, никто не хотел его слушать. А домашние уроки он делать тоже не хочет...
А вот те детки,  кто теперь построит график своими глазками увидят "Ахиллесову пяту", главную проблема всех суперскоросных кинетических снарядов. Без размахивания руками и выпучивания глаз. Если скорость огромна, достаточно мизерного процента его энергии чтобы снаряд превратился в пар.
А как это сделать?
Но это, детки, на следующем уроке.

Продолжение следует.

[alex_semenov]

Они падают в яму, траектории вполне определенные. Мы видим откуда летят и знаем где наши объекты, размеры которых не велики и известны, а до того что летит заведомо мимо - нет дела.

Кейс, не валяйте дурака. Ландн? Баллистические ракеты тоже летят по "вполне определенным траекториям", но перехватить их - задача еще та. Лыжник по склону горы тоже "падает в яму" но посмотрите как он там рулит! А наши ракеты еще и ложные цели могут выбрасывать пачками.
Вы их еще попробуйте вовремя засеч, кстати!

[alex_semenov]

Последняя на сегодня задача.
Самая интересная.
Думаю поставит точку в надуваемой тут пене и пузырях.

3) Определить массу препятствия, неупруго столкнувшись с которым,  в нашем снаряде выделится энергия, необходимая для его полного испарения.

Почему речь идет о неупругом ударе?
Обычно в школьной физике рассматривается две идиализации.

Упругий удар. Рассмотрим ситуацию когда шар массой M и скоростью v упруго сталкивается с шаром массой m который стоит неподвижно.
В этой идеализации сохраняется импульс:

M*v+m*0=M*u1+m*u2

и сохраняется кинетическая энергия.

M*v^2/2 = M*v1^2/2 + m*v2^2/2

Никакого выделения тепла.
Другая идеализация – неупругий удар. Масса М налетает на m они слипаются и дальше летят с некоторой общей скоростью.
Импульс сохраняется:

M*v=(M+m)*u отсюда u=v*[M/(M+m)]

Но кинетическая энергия не сохраняется (и при неупругом ударе такая потеря будет МАКСИМАЛЬНА вот почему мы рассматриваем такую идеализацию). Часть кинетической энергии  переходит в тепловую Q.

Q=Ен-Ек = (M*v^2/2) – (M+m)*u^2/2 = (M*v^2/2) – (M+m)*(v*[M/(M+m)])^2/2

Далее мы упрощаем и получаем:

Q = [M*v^2/2]*[1-M/(M+m)] = E*[1-M/(M+m)]

Выражение в квадратных скобках коэффициент преобразования кинетической энергии в тепловую. Назовем его k.

k=1-M/(M+m)

И вот смотрите. Если масса неподвижного тела m много больше M  (m>>M) то
k=[1-0/(0+1)] ~ 1.  Вся энергия снаряда превращается в тепло E~Q. Тот же Молот столкнувшись с Землей, например.
Но если m<<M то  k=[1-1/(0+1)] ~ 0. Q~0. Например, пылинка влипшая в лоб звездолета.
Логично? Но это –предельные случаи. В целом можно построить график.
Из которого например при M=m k=1/2. То есть половина энергии превратится в тепло.

Но нам нужно решить обратную задачу. Мы уже знаем, что для того чтобы испарить наш столб нам нужно превратить в тепло лишь 0.017-ую часть его кинетической энергии. Это и есть наше k. Но мы не знаем массу препятствия, столкнувшись с которым выделится k-атая часть энергии.
Если М=1 то k=1-1/(1+f), где  f и будет коэффициентом пропорциональности массы: m=M*f
Тогда f = 1/(1-k) -1 и  m = M*[1/(1-k) -1]. Считаем :
m = 10049 * ((1/(1-0.017) -1) = 10049 * 0,017206478 = 173,8 кг

Задача решена.

Ганс, момент истины.
174 кг – это МИНИМУМ, который должен встретится на пути чтобы испарить столб. Хотя вы уже в экстазе бризантных мечтаний и вам все это как бы пох... но все же остановитесь и проникнитесь. Ибо это же задача для решения проблемы защиты от пыли и микрометеоритов звездолета. И вообще расчет того, какой толщины должны быть внешняя оболочка двойной брони всех космических кораблей.
То есть вот этого:



Почему минимум?
Потому что абсолютно неупругого удара не бывает. Часть материала препятствия отскачет упруго приобретя скорость большую чем сам снаряд (обгонит его). Эта часть  заберет импульс и кинетическую энергию у снаряда. То есть реально, в жизни понадобится большая масса, чем 174 кг.
Но не меньше.
Кроме того. Мы считаем, что вся выделившаяся энергия уйдет на нагрев, плавку и испарение столба. Но возникнет и свечение. Это свечение заберет часть выделившейся энергии (возможно немалую). А это значит, что Q должно быть больше чем мы высчитали в прошлой задаче.
Но это уже детали.
Мы считаем границу. Необходимый теоретический минимум меньше которого массу препятствия сделать нельзя. А минимум для наших 10 тонн на 30 км/с будет 174 кг.

Решение будет неполным, если мы не посчитаем ТОЛЩИНУ брони. Броневого листа.
Мы теперь  знаем минимальную m и знаем диаметр столба D= 0.5м. А значит, можем вычислить объем цилиндра диаметром D и выстой h в котором содержится m килограмм вещества плотностью p.
h и будет толщиной брони.
 
m = V*p = пи()*D^2*h*p/4   => h = 4*m/[пи()*D^2*p]

Если броневой лист из того же железа, то получаем:

h = 4*174/(пи()*0,5^2*7874) = 0,112 м

Те самые почти "Тигровские" 11,2 см.
"Вынь да полож". НЕ МЕНЬШЕ!

* * *

Ганс. Зная светские ваши манеры, вынужден теперь считать и бризантный эффект. Да. Бризантность у взрыва будет хорошей. Вот картинка из вашей ссылки:



Что рушит плиту? Давление. Пиковое. P. Если P>Pмах для материала, то метал сожмется (и толщина его не важна) и кристаллическая решетка начнет рушится с противоположной от взрыва стороны.
P мах  для хорошей стали я взял отсюда:
http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/METALLOV_MEHANICHESKIE_SVOSTVA.html
Таблица 2. Высокопрочная сталь (0,4% С, 1,0% Mn, 1,5% Si, 2,0% Cr, 0,5% Мo) - Предел прочности на растяжение, МПа – 2300. Будем считать его и на сжатие (там пишется что они не сильно отличаются)

Pмах = 2,3*10^9 Па

Как теперь считать давление?
P=F/S. S нам известно. Это сечение столба. А сила F?
Когда наш столб войдет в броню, он начнет тормозить. Скорость до столкновения v. После столкновения u=v*[M/(M+m)]. То есть прирост (убыль) скорости:

du=v-u=v*(1-[M/(M+m)])

А путь на котором происходит это изменение скорости – толщина брони h. Зная путь на котором произошло изменение скорости легко посчитать ускорение а:

а= dv^2/(2*h)

Тогда

P = F/S = M*a/S = (M*dv^2)/(2*h*S)

Ускорение будет близким к равномерному по мере прохождения столба через броню, потому что dv по сравнению с v у нас НИЧТОЖНО. Так что наш расчет достаточно точен. Никаких дополнительных пиков вы тут не выкрутите хоть извернитесь на пупе.
При этом обратите внимание. Ваша пена СМЯГЧИТ удар. Ее плотность меньше. А значит h станет больше, ускорение меньше -  Р тоже ниже (при той же массе препятствия). Для бризантного эффекта вам нужен именно массивная тонкая преграда. Лист из урана например или из того же железа на худой конец. В этом случае эффект будет максимален. Выкидывайте пену на свалку.
Но все равно вы не можете делать h сколь угодно маленькой, потому что с уменьшением толщины уменьшается m, а значит и dv. Бризантное давление опять падает.
Я посчитал, что при толщине стального листа в 0.0003 м (0.3 мм это еще лист не фольга. Работал с металлом и знаю) давление будет в 1,13 от P мах для нашей суперстали. То есть тоньше лист делать нельзя. Столб не расколется на куски.
Другие параметры для этого случая m = 1,8 кг. Если 1.8 кг препятствия расколет 10-и тонную колону прочной стали то это Давид против Галеафа! (Или Галеона?) При этом колонна потеряет всего 5,5 м/с скорости.

Я прикинул, какой же диаметр получится для 200 кг зонтика толщиной в 0.5мм? При ударе об него будет почти двукратное превышение предела прочности. То есть столб может и не лопнуть Но допустим... Получил  примерно 8 м.
То есть. Либо мы ставим на пути столба 8-и метровый зонтик толщиной в 0.5мм стали и наш столб бахнув в него расколется на кусочки (которые с той же скоростью полетят по тому же курсу и устроят там хороший град). Либо мы ставим на пути столба 200 кг шайбу диаметром 0.5 м и если столб строго попадет в эту шайбу то... испарится. И этот поток железного пара опять же со скоростью в 28 км/с полетит к цели.
Что с этим паром произойдет по пути и как быстро он будет рассеиваться до безопасной плотности?
А вот это уже условие следующей задачи.

Продолжение следует.

[alex_semenov]

Продолжаем решение нашей боевой задачи.
Вчера мы оставили наш снаряд в самый интересный момент.
Он испарился.
А дальше?

4) Определить расстояние, на котором должно произойти столкновение, дабы до поверхности долетело рассеянное облако газа (исходить из температуры испарения и  скорости снаряда после столкновения. Остыванием по Стефану-Больцману пренебречь).

Прежде всего. Определим новую  скорость снаряда u. Наткнувшись на 174 кг массы он мало того, что испарился. Вся  притормозил.

u=v*[M/(M+m)] = 30 000* (10049/(10049+174))= 29 489 м/с

Снаряд потерял 511 м/с скорости.
Но все равно, хоть и в газообразном состоянии (прибавив, кстати 174 кг в массе) продолжает быстро приближаться к защищаемому объекту. Конечно, теперь наш снаряд не зароется на десяток метров и не вырыт там кратер диаметром 80 метров. Но на поверхность обрушится поток железного газа.
За сколько центр облака долетит до цели?
Если перехват произошел на высоте L, то t=L/u.

Пускай L=20 000 м. Тогда t=20 000/29 489 =0,68 c.
Рассуждая о судьбе облака испаренного метала мы можем забыть, что оно летит на астероид. Мы можем считать, что облако покоится, а астероид приближается к нему со скоростью почти 30 км/с и через 0.68с в него (облако) врежется.
Что успеет произойти со столбом мгновенно возникшего сжатого как пружина пара диаметром 0.5 м и длинной 6.5 м?
Он начнет расползаться, разлетаться с некоторой скоростью v, превращаясь в почти сферический "огурец". Зная v, мы легко вычислим насколько он удлинится и насколько расширится.
Верно?
В качестве v мы можем взять не мудрствую лукаво среднеквадратичную скорость молекул газа (ссылка для гурманов http://ru.wikipedia.org/wiki/Распределение Максвелла):

V = Корень(3*k*T/m0) = Корень(3*k*T*Na/Mm)

k- постоянная Больцмана 1,38* 10^-23
T – температура газа. В нашем случае это температура испарения железа 3134 K
м0 – масса молекулы газа (в кг!). В нашем случае железа. Чем выше атомная масса, тем меньше скорость. Но с вычислением массы в кг можно не мучаться, если известна молярная масса (опять же не в г а кг!) – Mm
Для железа это 0,055847 кг/моль.
Но тогда нужна еще одна константа Na – число Авогадро:  6,02* 10^23
Или можно стразу знать универсальную газовую постоянную R... Но это уже изврат.
И так среднеквадратичная скорость молекул железа в испаренном столбе:

V= Корень(3*1,38* 10^-23 *3134*6,02*10^23 /0,055847) = 1183 м/с

Кстати, средняя скорость (не квадратичная) будет 1089 м/с.
А наиболее вероятная  965 м/с
На самом деле у разных молекул будет разная скорость описываемая распределением Максвелла, но мы примем, что в среднем края облака разлетаются со скоростью 1 км/с во всех направлениях.
Значит, наш цилиндр 0.5 м через 0,68 секунды разлетится в каждую сторону на 802 м. Фактически это сфера диаметром 1605 м. Плотность ее к краю будет падать по Максвеллу. Но, когда все это влепится в астероид, на его поверхности образуется окружность поражения диаметром в те же полтора километра.
Посчитаем ее площадь пи()*D^2/4 и зная (из предыдущей задачи) новую скорость и новую массу облака высчитаем его кинетическую энергию (без тепловой):

Это 4,44525*10^12 Дж.  (хотя разница в 1.7% не стоила пересчета)
 
И равномерно распределив эту кинетическую энергию по площади поражения получим... 2.2 МДж/м2
Еще раз - это равномерное распределение. А реально оно будет близким к нормальному (нужно еще учесть и форму сферы). Получится что-то типа:



В центре плотность энергии будет выше, чем средняя, а  по краям - ниже.
Следовало бы оценить разницу но пока не будем.
И еще.
Облако пара на самом деле будет быстро остывать. 3000 градусов – это очень яркая лампочка. Остывающее облако плазмы будет куда меньше расползаться. То есть реальный диаметр облака будет меньше.
Но мы пока эту деталь не будем учитывать.

В принципе, теперь можно сравнивать нашу плотность энергии, скажем, с плотностью энергии в пятне рентгеновского лазера. Или просто лазером. Там тоже используется оценка Дж/м2. В частности, для поражения тонкого бака  ракеты нужно было (вспоминаем) 100 МДж/м2. А наши 2 МДж/м2 – ерунда.

На высоте 1 км получаем 869МДж/м2 в пятне диаметром 81 метр.
На высоте 500 м получаем 3,4 ГДж/м2 (это уже смертельно) в пятне 41 м в диаметре.

То есть, если перехватчик распыляет болванку, то ее нужно распылять до высоты 1 км чтобы рассеять ее энергию до более-менее безопасной плотности.

А вот с бункером и двойной броней для него мы пролетаем. Верхний (10 см) бронелист нужно вешать на высоте около полукилометра. Тогда вторая бронеплита (керамика?) должна более-менее выдерживать кумулятивный удар. Но 500 м зазор – это слишком.
Согласны?
То есть защитить объект на поверхности он нашего лома можно только куполом активного ПРО или тупая (не хитрая, двойная) броня, скажем зарыть его глубоко в грунт (30м? 300м?) под поверхность.

ЗЫ
Кстати. Вот ссылка http://www.esa.int/SPECIALS/Space_Debris/SEMZFL05VQF_1.html
Помимо прочего интересного там есть и вот такое фото:



Удар идет под 45 градусов. Поэтому картина перекошена, но видно, что действительно образовывается после столконовения вытянутый пузырь. Сфера. То есть наши чисто умозрительные рассуждения недалеки от истины.

Будем считать, что и эту задачу мы решили.

Окончание следует

[alex_semenov]

Последняя задача. Фактически уже подведение итогов.
 
5) Сделать оценку запускающей системы.
5.1) С какой скоростью запускается  перехаватчик- препятствие.
5.2) Оценить систему наведения: минимальную дистанцию, на  которой надо принимать решение о запуске перехватчика.
5.3) А так же оценить диаметр "зонтика прикрытия" для одиночного комплекса ПРО

В принципе мы уже все оценки сделали. Если мы запускаем перехватчик со скоростью 1 км/с и перехватываем снаряд на высоте 20-10 км, то и радиус образованного защитного купола будет того же порядка. В зенит выстрел идет под 90 градусов и перехват осуществляется в 20 км над поверхностью. А на перефери минимальный угол возвышения 30 градусов. Синус 30 градусов – 1/2  то есть перехват за те же 20 секунд (прямой полет те же 20 км) будет на высоте 10 км от поверхности и на дистанции  косинус 30 градусов ~ 17 км. То есть  защитный купол, "зонтик прикрытия" для одиночного комплекса ПРО имеет диаметр примерно 35 км.
Учитывая небольшие габариты защищаемого астероида (+-100 км) этого достаточно, думаю.

Почему такая маленькая скорость запуска?

Ганс, момент истины.
174 кг – это МИНИМУМ, который должен встретится на пути чтобы испарить столб.

Это если препятствие стоит на месте. А если мы его пошлём навстречу со скоростью в те же 30 км/с - то хватит в четыре раза меньшей массы. Ну и т.д.

А зачем нам такая большая скорость? Мы уже пришли к выводу, что  энергию на разрушение лома мы берем у него же. Просто "ставим" на пути препятствие. Зачем же надрываться? Ведь за каждый дополнительный км/с перехватчика нужно платить энергией запуска.
А если бьем в бок, то за счет кинетической энергии мы многого не добъемся. Считаем боковой прирост скорости опять же как неупругий удар перехватчика вбок:

u=v*[M/(M+m)]

Теперь здесь u, m –  боковая скорость Лома после столкновения и его масса. V, М – скорость и масса перехватчика. Для того чтобы добиться заметного результата нужно v=10 км/с
U = 10000*(200/(10 000+200)) = 192 м/с. За оставшиеся 0.6 с  Лом уйдет в сторону на сотню метров.
Но стоит ли это того?

Большая скорость – больше энергии на каждый выстрел и больше габариты запускающей установки. Больше цель для атаки противником. Меньшая подвижность.
Комплекс должен быть компактным и подвижным. Как мы видим, защититься броней от атаки очень тяжело.

Мучающий меня вопрос.
Процесс перехвата – игра "в квача" (играл кто в детстве?). Ведущий должен дотронутся, играки убегают и уварачиваются. Или это больше похоже на проход форварда через защитника к воротам.
Перехватчик маневрирует в пределах своих возможностей. Лом маневрирует тоже в пределах возможностей. Но Лом (форвард) летит минимум в 30 раз быстрее (это если из зенита). Перехватчик (защитник) только пытается стать у него на пути.
Вопрос.
А  разница в их скоростях как-то отражается на маневренности?
Вроде нет.
Маневренность определяется только соотношением тяговооруженностей аппаратов.
Вот  http://en.wikipedia.org/wiki/Exoatmospheric_Kill_Vehicle  американский перехватчик массой всего 64 кг.  То есть технология вполне применима (за исключением цены, разумеется, за штуку).



Очевидно, что боле легкому перехватчику куда проще, хотя ему и реагировать на маневры противника надо быстрей (есть временная задержка между совершением маневра и его обнаружением и расчетом новой позиции встречи).
Вопрос из вопросом- А НАСКОЛЬКО СЛОЖНО ПОПАСТЬ объектом метрового размера в маневрирующий  объект метрового размера (мы же целимся в торец) на дистанции 20-10 км?
Приблизится и что-то подорвать не получится. Надо именно стать на пути. Ганс, здесь увеличение габаритов перехватчика (скажем зонтик какой раскрыт метров 10 или даже 100) ничего не дает. Если вы не можете точно править свой курс за 100м, 10 м и даже 1 м, то толку от увеличения габаритов не будет.
Думаю.
Возможно, охота за отдельным Ломом потребует не одного, а нескольких перехватчиков. При этом действительно возможен разный эффект поражения.

1 Полное. Цель ударилась в идеально подставленный перехватчик и испарилась. Ущерба нет.

2 Частичная. Цель частично чиркнула перехватчик, вспышка и выделившейся энергии хватает чтобы  цель распался на фрагменты, которые неуправляемо падает на охраняемую зону. Есть вероятность что ущерб будет но куда меньший.

3. Отклонение. Перехватчик чиркнул в бок. (Представите что вы едите на мопеде 5 км/ч и ударяете в бок машине идущей на 150 км/ч.) Цель повреждена, испарение перехватчика и цели с одной стороны придает той боковой импульс и цель не может уже восстановить прицел (ей надо попасть в пределах 10-100 метров!). Снаряд пройдет сквозь купол и нанесет удар. Но не попадет в цель.

4. Промах.
 
Случай 1 будет самым редким. 2,3 – наиболее частые. Но насколько частым будет 4?

Перехватчику не надо иметь на борту никаких запасов взрывчатки. В сухом виде (без топлива) он должен иметь массу в 200 кг (как мы рассчитали). То есть с топливом 300-400 кг. И габариты пол-метра-метр. Всю энергию на разрушение или толчок цели (последнее надо попробовать обсчитать) он возьмет у самой же цели.

Запускать перехватчик, видимо, нужно рельсотроном. Чем точней предварительный прицел, тем меньше топлива потребуется на корректировку курса и тем больше свобода маневра перехватчику, а значит и вероятность поражения цели. Стволы (рельсы) не должны быть длинными (система должны быть компактной) и возможно счетверены на одном шасси (платформе). Чтобы обеспечит системе скорострельность или запуск почти сразу четырех перехватчиков на одну цель (интервал запуска доли секунд-секунды).

Боекомплект? Гм... думаю не более 100- 200 аппаратов на одну установку. Дольше она не проживет. Это по 25-50 на ствол.  Масса боекомплекта 300-600 тонн (Ого!)

Где брать энергию на выстрел?
При КПД рельсотрона 70% (нормально?) Один запуск  300*1000^2/2/0,7 = 214 МДж.
4 выстрела (серия) почти ГДж.
Энергию можно брать из... розетки. По астероиду в нужных районах разведена кабельная система подачи тока от глубоко зарытого реактора. Подача тока включается кодом (дабы вражеский десант не мог воспользоваться). Батарея  занимает позицию для дежурства у такой розетки, потом через время меняет позицию и переходит к следующей. Бой разумеется ведется у той розетки где ее застали. Но время от времени меняя позицию комплекса ПРО вы не даете противнику возможности заранее иметь план поля боя.
Хотя, возможно все это – ненужная суета?
Допустим, темп стрельбы  5 с (а энергия накапливается в конденсаторах). То 1000 000 000/5 = 500 мВт –ный кабель нужен...
Это много? (электрики!)...
Еще один вопрос.
Куда девать почти треть Гигаджоуля тепла (30%) после запуска каждой серии перехватчиков? Мы же в космосе, где с отводом тепла – напряженка.
Как ограничивается частота залпов этим?

В связи с этим возникает еще вопрос, а не лучше ли старая добрая химия? Хотя в этом случае будет виден выстрел в том или ином виде (выхлоп выстрела будет уносить лишнее тепло что сразу будет видно!).
Хотя место старта и так вычислят (даже если оно хорошо замаскировано под местные складки). У нас уже сейчас есть системы, которые вычисляют место запуска объектов: http://ru.wikipedia.org/wiki/Зоопарк (РЛС)

В общем, вопросы, вопросы, вопросы...

Кстати. Я знаю как защищать мои Ломы от ЛЮБЫХ перехватчиков. Нужен специальный эскорт. В составе роя должен быть еще один тип снарядов. Перехватчики перехватчиков. Истребитель. Компактные, малозаметные, легкие но высокоманевренные камикадзе против камиказде. Вот они уже могут нести шрапнельный заряд. Перехватчик ведь 200 кг тонкого оборудования: баки, двигатели, оптика, электроника... Если ему хотя бы "выбить глаз" шрапнелью, фиг он встретится с Ломом через десять-пять секунд. Но в любом случае истребитель - самоубийца. Его задача столкнутся с перехватчиком. Больше одного шанса ни у кого в этой войне нет.

Кстати. Мы пока говорим о перехвате тяжелых снарядов. Но будут и легкие. Тяжелый снаряд поражает крупный, важный стратегический объект на поверхности (скажем, люки шахт разеров).  По падающим на них  "Ломам" лупят тяжелые ПРО. А кто защищает сами комплексы ПРО? Как только они засветятся, на них как рой пчел повалят более мелкие (от 1 кг до 100 кг) самонаводящиеся снаряды с той же скоростью 30 км/с. Их видимо можно перехватить и за  500-100 м от цели. Но для этого нужны специальные "шилки" и созданные ими купола прикрытия внутри куполов прикрытия. Возможно, эти "малокалиберные" системы более скорострельны. Их перехватчики не более 1 кг, с менее искушенной системой наведения, но выстреливаются чаще. Скорей всего они предназначены ТОЛЬКО чтобы отклонять легкие снаряды. Сами по себе они уже беззащитны (ведь тот же рой будет пытаться ужалить и их). Но расставленные нужным образом они прикроют друг друга и объект защиты (скажем, комплекс тяжелого ПРО).

Вот у нас постепенно и получается то, о чем  я говорил в начале. Партия в супербыстрые гипершахматы.

Еще. Так как легкие снаряды будут все равно взрываться "в чистом поле", то возможно со стороны роя откроется очень красивая картина (это для писателей-фантастов интересно). У зон прикрытия "шилками" появятся огненные кольца или дуги. Заранее выбранные зоны падения, свалка отбитых снарядов. Они ведь все равно будут падать и выделять свою энергию.
А по окончанию битвы эти кольцевые группы из множества кратеров будут отчетливо видны из космоса. Интересно, а на спутниках Юпитера или Сатурна таких следов случайно нет?
 

[alex_semenov]

добавлю, еще 
- головки баллистических ракет могут рулить на гиперзвуке только при входе в атмосферу.

Да? А как же "рулят" космические корабли в космосе? "Аполлон", например, когда летал к Луне?

- ложные цели пришельцев будет сносить солнечным ветром, это будет заметно

Да?!!  Допустим на миллисекунду... А РАСЧЕТ ГДЕ?!!!

- головки трудно засечь,  потому что мешает земная поверхность, а гуманоиды как на ладошке

Какие гуманоиды? Какая Земля? Я ничего не понял.

[alex_semenov]

Про молот: а говорили ли мы о том, что у молота есть важный недостаток: у большинства планет будет область в районе одного из полюсов (так как она всегда в "тени"), куда не могу попасть молоты, исходящие из заданной точки небесной сферы? В результате нападение с одной точки не сможет поразить всю инфраструктуру.

Интересное замечание.
Да конечно.
Во-первых, если речь идет о релятивистской бомбардировке, то тут ситуации могут возникнуть разные. Агрессор не обязательно атакует со звезды, которая находится в плоскости эклиптики данной системы и уж не в плоскости вращения планеты, поэтому ему может достаться для атаки, скажем, один полюс планеты.
Хотя в принципе он может подразвенруться по пути и ударить с той стороны, с которой хочет. Но это ему будет стоить лишних затрат энергии.
В любом случае возможна ситуация, когда имеется некая защищенная теневая сторона. Но! Если речь идет о планете с атмосферой, о гравитационной яме, то единственное, ради чего ее бомбят - террор.
Такие планеты не представляют никакой военной ценности.
А в этом случае не важно остался какое-то полушарие не затронутым бомбардировкой или нет.
Другое дело - безатмосферные  легкие спутники и планетоиды. Да, там могут возникнуть  зоны наиболее и наименее опасные для удара из той или иной зоны. Согласен.
И теоретики такой войны должны выделить в учебнике по ней специальный раздел, разъясняющий как этим надо пользоваться.

Теперь о ударе роем из Койпера на меньших, нерелятивистских скоростях (у меня есть подозрение что некоторые сюда зашедшие не улавливают где что мы обсуждаем).
Это военные действия, которые мы сейчас обсуждаем.
Я уже успел подумать, что, собственно, масса луны или астероида могла бы служить своего рода щитом. Так, например, может статься, что отстреливаться от  роя наиболее удобно из  той точки на планетоиде, где радиант атаки лежит на линии горизонта.
Понято?
(рисовать долго)
Если точку радианта рассматривать как источник света, то все такие удобные точки лежат на  линией терминатора (границей света и тени). Или чуть в тени. В этих точках  горизонт и складки местности можно использовать как защиту. Окопы, так сказать.
Хотя рой ведь не из одной точки падает. Он может идти конусом. Но все равно, если радиант один, то  и для такого случая будет существовать подобная  граница.
Тень.
И, скажем, такие ключевые объекты обороны как разеры  вообще могут  стартовать с теневой (опять же по отношению к радианту атаки) стороны.
Достать их шахты там атакующие ну никак не могут.
А они, приподнявшись над горизонтом атакуют радиант.
Логично?
Поэтому взятие хорошо укрепленного планетоида должно организовываться из нескольких радиантов. Идеально – 5 точек. Два с полюсов и  три развернуте по 120 градусов как спутники связи Кларка.
Но это - идеал.
Расплатой за него будет очень сложный орбитальный маневр всех пяти роев.
Поэтому скорей всего у обороняющихся " такЫ будЭ затЫшнЭ мисЦе сховатЫся" (укр.)

[alex_semenov]

В связи с этим возникает еще вопрос, а не лучше ли старая добрая химия?

А потом подумалось: а не лучше ли старые-добрые ракеты?
Если комплекс по 100-200 перехватчиков, то может тогда связка труб с 25-ю ракетами?
Тяжелые перехватчики запускаются  высокоимпульснми ракетами. Раз, и они ушли на перехват!
На каждой ракете по 5-7 тяжелых (300 кг) перехватчиков. Можно с индивидуальной ступенью для вывода на индивидуальные цели. Их главная цель – тяжелые "Ломы". А уж тактическую мелочь резать магнитными или обычными пушками, "шилками". 
А?
В чем засада то?
Всякие там лазеры и прочие "лучи смерти" с технологической точки зрения  вещи очень не приспособленные для войны.
Хот ты тресни!
 

[alex_semenov]

Я теряюсь.
Во-первых я "не отошел" от предыдущего обсуждения.
Там столько интересного возникло!
Все что я рассказал о рельсотронах- полная ерунда. Я поднял литературку. КПД у них мизерный 30%, а с КПД источника энергии будет еще меньше 10%. И проблем там – тьма. В общем, разрабатывая систему обороны, я пошел по ЛОЖНОМУ пути. Я пришел к выводу, что оборона астероида должна состоять их крупных (размером с танк) роботов-попрыгунчиков (перемещаться по астероиду лучше перелетая с точки на точку, прыгать). Каждый робот специализируется на своей задаче.
НИКАКИХ СТАЦИОНАРНЫХ ПОЗИЦИЙ!
Мобильность и еще раз мобильность.
И еще. Я  решил начисто отказатся от новомодных технологий. Есть два эффективных способа разгона вех видов перехватчиков: для тяжелых перехватчиков ракеты на твердом топливе для легких – пушки типа "шилка". Все. То есть возвращаемся к старым хорошо проверенным технологиям ПВО и ПРО. Единственное. Пушки не пороховые (с хлопком для пираксилина тут проблема будет), а водородные (или метановые).

* * *
Во-вторых. За выходные тут наговорили много интересного. Сердце обливается радостью! Даже появились расчеты! Празнник какой-то!
Я даже не знаю за что хвататься!
Самые вкусные: расчет торможения от Kweni. Я это оставлю на десерт. Завтра. Хорошо? Скажу только, что в целом Kweni вы правы. Но есть детали, где прячется черт. Очень вкусная тема! Нельзя так с кондачка.
Далее.
Kweni же озадачил меня вопросом о времени путешествия из пояса Койпера внутрь системы и расчетом  добавочной скорости. Это прекрасная новая задача! Действительно есть ряд интересных нюансов, которые я раньше не учел.
Я, кстати, должен признаться, никогда до этого не интересовался орбитальной динамикой в поле гравитации!!! Пришлось даже полистать кое-какую литературу…
Выводы тоже интересные. В двух словах. Действительно. Слишком далеко от центра останавливаться нельзя. Нет смысла. 35-45 а.е. для нашей системы.

Но больше всего меня, как межзвездного милитариста озадачил вопрос связанный с тем, что в Поясе Койпера ничего кроме льда то нет! Тут пытались спорить и я должен признать. Вопрос важный. Как мои агрессоры там могут выжить то?
Ни ресурсов, ни энергии Солнца. Вот этот вопрос я считаю первостепенным. Узким местом. Мне лично малопонятным (в силу слабости познаний в астрономии комет и малых тел). Именно на нем я сегодня и сосредоточился. (спешу подставить под огонь критики прежде всего свои рассуждения об этом).

Но для начала все же я одной двумя фазами отвечу на простые выпады (а то потом забуду, люди обидятся, что не пнул).

[alex_semenov]

Для партизанской наверно, но для открытого противостояния могут пригодиться.
В принципе, для разгона болванки или накачки лазера нужна та же энергия.
И выделяется энергия луча в виде взрыва облака плазмы, точно также как и при ударе околосветовой болванки.
Защита говорят простая , можно отразить зеркалом. Вот здесь простор для творчества - всякая углеродная пыль или пена.

Конечно. И рельсотроны и пучки и лазеры и ЭМИ – все это несомненно технологии востребованные. Но не в этом месте и не в таком масштабе (эти вещи нормально работают только если они циклопических размеров). На динамичном поле боя нужны мощные легкие эффективные машины. Это старые добрые тепловые машины на химии + местами ядерные девайсы. Все.
Война это не только поле боя. Это и эффективный транспорт. Это и технологии (промышленность) это и поддержание инфраструктуры (надежные каналы связи например)… Вот там вся эта новомодная машинерия, "в тылу", будет как нельзя кстати. Без нее никакой звездной войны не получится. Но всякой фигуре – свое место.

[alex_semenov]

Семенов так и не объяснил смысл стотонного железного лома на 30 кликах врезающегося в астероид. Вглубь он проникнет не больше, чем такая же массой дробь. Парадокс заглубления не раскрыт.
Энергии передаст столько же. Копать в астероиде все равно легче, чем в Планете - лишние 10 метров обсыпки не затруднят.

Ганс,  вы не можете спрятать под толстый слой грунта все. Тут рядом, например, рассматривают реактор на Луне. Видели какие у него "уши" из грунта торчат? А почему?
Радиатор не зароешь.
Да и глупо все зарывать в грунт!
Вот, например, астероид на котором идет разработка ценного сырья (скажем того же урана) – достойный объект атаки и захвата. Но что из себя такой представляет? Десяток харвействеров (скажем) , "вагончики шахтеров" (дробилка, курилка, котельная) и охраняющий гарнизон роботов. Вся инфраструктура по минимуму и на поверхности. Это же экономическое мероприятие!
Другое дело, что все это можно убить и куда меньшими снарядами по 100-10 кг. Зачем такие тяжелые по 1 КТ?
А вот для очень основательно зарытого.
Но даже если  что-то очень основательно зарытое под поверхность, что-то должно выходить на поверхность. Скажем вы зарыли пусковую шахту для разеров на глубину 200 м. Но ствол шахты все равно выходит на поверхность. А если я теперь по крышке шахты ударю ломом. Я завалю вашу шахту. И как вы запустите ваш разер?
Ну и кроме того.
Существует такое понятие как "артиллерийское наступление". Когда противника держат в окопах огнем артиллерии чтобы он не высунулся и не открыл огонь по наступающим. В сущности для этого рой и насыщается кинетическим потоком 100: 1 в отношении к декантируемой массе.
И если вдруг возникнет ситуация, что у вас есть хорошо забетонированная амбразура, и вам мое наступление мелкими снарядами пофиг – вот туда Лом на 10 тонн и полетит.
10-и тонный лом  далеко не самый массовый элемент роя.
Но его тяжелее всего перехватить.
Поэтому я на нем и сосредоточился как на крайней версии ударного оружия.

[alex_semenov]

Это всего-лишь ставит вопрос о необходимости уменьшения массы десанта.
Кроме-того, тормозящаяся система может тормозить не прямо к звезде, а по касательной к ней, чтобы попасть в облако Оорта системы.

Все верно. Но мы пока все это прибережем. Если действительно нет других решений, тогда будем искать способ снизить массу. И вообще там все несколько хитрее. Удар молотами наносится ДО начала торможения. Kweni это пропустил. Вернее я сказавши ему что и молоты и десант запускаются одновременно спровоцировал его думать что так и будет. Но все будет не так.
Скажем, стартует громадина в 80 000 тонн. Как минимум половина этого - "двигатель". Разгонная ступень. Либо парус либо, ретина и двигатель. По окончанию разгона это - мертвый груз. Он не нужен. Вот он, этот груз, превращается молоты. Разбирается на ходу и монтируется командой машин-смертников на нем. А полезный груз (десант) теперь (в самом начале) слегка притормаживает парашютом. Он полетит к цели чуть медленнее. За время пассивного полета молоты уйдут далеко вперед и к  тому моменту когда молоты нанесут  УЖЕ удар десант только включит двигатели на торможение.
15 лет на восстановление разрушенного молотами рая? Допустим что и так. Но главное. Внезапности удара молотами мои берсеркеры достигнуть могут "на раз".
А после удара чего прятаться то?
Я никогда не говорил, что торможение можно скрыть. Но это отдельная тема. Как я обещал "на десерт".

[alex_semenov]

gans2
Ну, если Семенов в своем расчете лома даже двигатель забыл учесть, хотя затейливо описал его маневры, то, могу предположть, что у него там в запасе взвод копателей, с шанцевым инструментом(таких-же невесомых и необьемных, как и все остальное).

"Марья Ивановна! Мне бы ваши проблемы!"
Я не привел в расчете лома двигатель потому что и КОЗЕ понятно что НА аппарат, несущем 10 тонн БАЛЛАСТА можно не то что двигатели маневрирования, черта лысого пристроить!
Пускай не 10 тонн получится балласта. Пускай 9 или 8. Или пускай мой молот с двигателем будет иметь массу 12 или 13 тонн. Какая разница, если все это (и балласт и двигатели) носитель ударной энергии в конце концов?
10 тонн – это цифра для оценки порядка. Не более же!
А вот можно ли снабдить двигателем и системой корректировки каждый снаряд "шилки" (200 грамм снаряд) – вот это действительно вопрос для ума. И тут надо почесать репу. Прикинуть, оценить, посчитать…
А без такого двигателя стрелять по мелким снарядам  роя (по 10-100 кг) будет бессмысленно. Не попадешь же ну никак даже в вакууме и при почти полной невесомости. Каждый снаряд надо вести по лазерному лучу в точку упреждения с точностью до сантиметра (активную систему самонаведения на каждый снаряд ставить будет дорого и глупо но двигатели ему нужны хоть ты тресни).
И обратите внимание. Я уже играю за обороняющихся.
Мне всех тут жалко.
Как видите, меня мучают настоящие проблемы. А вас – мнимые.
 

[alex_semenov]

Теперь о самом больном.
О поясе Койпера о том за что можно там агрессорам зацепиться. Там - царство льда.
Так?
Допустим. Не будем надеятся на чуда.
Кометы так кометы.
За них и будем цепляется.
Если не зацепимся – сбросят нас нафик защитник рая обратно в межзвездную бездну. Вернее раздавят. И будут тысячу раз правы.
Все.
Капец, агрессивным планам и теории научно обоснованных берсеркеров, заодно.

Я наспех порылся в сети. Не бог весть что нарыл… Но звЭняйтЭ.
И так (дальше -  цитаты)

*******
http://galspace.spb.ru/index71.html
Пока неизвестно, из чего состоят астероиды в поясе Койпера, но ясно, что в их строении главную роль должны играть льды различного вида (водный, азотный, метановый, аммиачный, метаноловый - спиртовой, углекислый - «сухой лед» и др.), поскольку температура в этой чрезвычайно удаленной от Солнца области очень низкая. В таком природном «морозильнике» могло сохраниться в неизмененном виде то вещество, из которого в далеком прошлом формировались планеты Солнечной системы.

http://camuflage.rol.ru/news/misc/spacenews/06/03/21_007.htm
Учёные, анализировавшие образцы кометной пыли, которые собрал космический аппарат Stardust, обнаружили частицы зелёного цвета. Такие же, какие встречаются на земных песчаных пляжах и могут сформироваться только под воздействием высоких температурах.



http://astro.uni-altai.ru/events/2006/10/18/1161157020.html
Анализ выброшенного во время столкновения зонда и кометы Темпеля-1 вещества показал, что она содержит 33% ферросилита, минерала состоящего из железа и кремния, и 17% оливина, состоящего из магния и железа. В тоже время образцы кометы Вильда-2 показали, в основном, отсутствие этих минералов.
Считается, что обе кометы сформировались в поясе Койпера и поэтому должны были иметь схожий состав. Учёные предполагают, что различия в химическом составе объектов могут быть связаны с тем, что комета Темпеля-1 претерпела множество столкновений с другими космическими объектами. По другой версии, кометы могли с самого начала иметь разный состав, причем одна из них могла появиться в результате разрушения более крупного космического тела.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Оливин
Оливи́н — породообразующий минерал, магнезиально-железистый силикат с формулой (Mg,Fe)2[SiO4].
Содержание Fe и Mg варьирует между двумя конечными членами: форстеритом Mg2[SiO4] и фаялитом — Fe2[SiO4]. Оливин слагает основные и ультраосновные магматические породы и очень широко распространён в мантии. Это один из самых распространённых на земле минералов.

http://www.cnshb.ru/AKDiL/0042/base/RF/009036.shtm
ФЕРРОСИЛИТ — м-л, ромб. пироксен Fe2+2[Si2O6], конечный член непрерывной серии энстатит — ферросилит. К нему относится м-л, содер. 90 — 100% ферросилитового компонента. В метаморфиэованных железистых осадках с фаялитом, геденбергитом, грюнеритом.

Иностранный источник: 
http://en.wikipedia.org/wiki/Comet
В разделе Debate over comet composition речь идет о том, что состав кометных ядер остается загадкой. Но мы будем опираться вот на эту фразу:

http://astro-obs.chat.ru/origin_c.html
Согласно современным данным кометные ядра представляют собой ледяные образования, состоящие в основном (около 90 %) из водяного льда. В состав кометных льдов входят органические вещества (cпирты, кислоты и пр.). Кроме того, в ядро включены мелкие твердые частицы минералов и металлов. Такая модель кометного ядра получила название модели загрязненного льда.

[alex_semenov]

И так. Резюме.
Первоначально полагали, что ядро кометы в основном 90% состоит из очень грязного водяного льда.  То есть ~ 10% массы кометы состоит "пыли". Пыль это в основном оливин и ферросиликат. А это в сильно связанном с кислородом состоянии: железо, магний,  кремний.  Кроме того, лед комет содержит "сухой лед" (твердый CO2) а так же аммиачный (NH3), метановый (CH4). В какой пропорции? Я не нашел. Но ясно, что лед комет кроме водорода и кислорода богат на углеродом и азот.
Последние исследования NASA удиили куда большим процентом пыли в составе ядра комет (до 33+17=50%!).
Поэтому можно с уверенностью считать, что у комет в Койпере  найдется 10% первородной пыли (оливина и ферросиликата). Но все это вморожено в лед. Из 1 кг льда можно добыть всего 100 г руды, из которой в свою очередь так же надо еще добыть необходимые вещества.

Очевидно, добыча ценных веществ в ядре кометы будет состоять в плавлении льда в жидкую фазу. То есть нагрев льда до  +1С или 274 К. В процессе этого газы выделятся (а это бесценный для химии аммиак и углекислый газ), пылинки осядут на дно. Доя выделения всего этого  придется использовать центробежную сепарацию. Кстати, в силу того, что оливин и ферросиликаты куда тяжелее воды, слишком быстрые центрифуги не понадобятся. Выделение аммиака и углекислого газа (которые хорошо растворяются в воде) задача чуть сложней. Воду, видимо,  придется нагревать сильней.

Давайте посчитаем, во что обойдется сепарация 1 кг льда?
Допустим температура на поверхности кометы в поясе Койпера 12 K.
Теплоемкость водяного льда: 2100 Дж/К/кг. Теплота плавления: 250 000 Дж/кг. То есть для извлечения 100 г исходного сырья (и грамм 200 газов), харвейстер на поверхности кометы должен расплавить 1 кг льда (я не считаю поправку на включения их теплоемкость куда ниже поэтому считаем весь кг водой. Реально потребуется меньше): 2100*(274-12)+ 250 000 = 800200 Дж/кг ~ 800 КДж/кг

Теперь интересно было бы сравнить эти затраты с энергией необходимой для разложения того же оливина или ферросиликатов на компоненты их составляющие. Но мне не удалось быстро найти теплофизические параметры этих минералов.
Но я не думаю, что они сильно отличаются от обычных веществ.
Вот тут http://www.chemport.ru/chemical_substance_582.html я нашел энтальпию образования кварца и прочие необходимые параметры.
Будем все считать для моля.
Энтальпия образования -911 КДж/моль. +911 потребуется чтобы разобрать кварц на составные.  Но сначала мы должны нагреть кварц до температуры плавления 2950 С (+274 он уже получил в процессе сепарации) Это 131 КДж/моль. И мы должны разрушить кристаллическую решетку. Расплавить его: 8,54 КД/моль. Не так уж и много с затратами на нагревание.
Итого: 131+9+911 = 1050 КДж/моль. Моль кварца - 0,06008 кг/моль. То есть тупые энергозатраты на разложение 1 кг песка на кремний и кислород: 1050/0.06 =17.5 МДж/кг.
Но мы извлекли из 1 кг породы лишь 100 г породы. Значит, на ее разложение нам потребуется 1.75 МДж энергии. Это половина от того, что мы затратили на плавление льда (0.8 МДж).
То есть.

Для добычи полезных веществ из кометного льда потребуется на ~30% энергии больше чем для добычи этих же  материалов из астероидов.

Но!
У разработчиков комет есть преимущество перед разработчиками астероидов:
Энергию на плавку льда НЕ НАДО отдельно добывать. Если процессы разделения железа, магния и кремния происходят при температурах в 1000 градусов, то такое  оборудование неизбежно придется ОХЛАЖДАТЬ (любое оборудование работающее против энтропии – тепловая машина и ей нужен холодильник). Скажем до 100-50 градусов цельсия. Но это как раз и есть температура, до которой мы собираемся нагревать лед нашей кометы. То есть добыча пыли и газов не потребует дополнительных энергозатрат. Напротив, добыча ресурсов на кометах при низких температурах пояса Койпера будет отличатся невиданной (здесь на Земле или у Земли) эффективность. Вам не нужен там холодильник. Комета и есть жуткий фантастический запас холода. Не нужны радиаторы. Все лишнее тепло идет на добычу нового сырья!
 
Еще одно соображение
20 (округляю вверх) МДж на получение 1 кг полезных материалов (то есть постройку армии вторжения) - это много или мало?
Если перевести эту энергию (высококачественную изначально, разумеется) в кинетическую энергию то каждому этому килограмму можно было бы сообщить скорость чуть больше 6 км/с. Если учесть, что стартовая скорость (об этом чуть позже) из Койпера должна быть ~ 20 км/с то затраты на постройку армии вторжения составят ~ 10%  от энергозатрат на запуск (само вторжение)!!
В общем, ерунду.
Построить армию, оказывается, не главные затраты (я не готовился это писать. Я считаю и пишу одновременно, сам удивлен!).
Но (задаст вопрос вдумчивый читатель) где же взять всю эту энергию?
"Где деньги Зин?"
Пускай армия вторжения имеет массу 30 000 тонн. (Это примерно масса "Тирпица" или "Бисмарка" Линкора.)



Сходство усиливается необходимостью для выплавки сего чуда военной мысли (армии вторжения) растопить 300 000 тонн воды (в десять раз больше чем масса армии вторжения). Это в общем то достаточно скромный куб льда со стороной ~ 70 м.  Но я думаю сама инфраструктура сожрет столько же ресурсов плюс там, скажем не весь кремний или магний будет использован. Поэтому куб будет чуть меньше   ~ 100м. Для километровой кометы это в общем то ерунда. 
Но!
При стоимости вторжения (постройка+запуск) 220 МДж/кг мы получаем цену за одно межпланетное нападение 6,6*10^15 Дж. Если у вас есть та самая всем теперь известная Саяно-Шушенская ГЭС (6.4 GW) то вам потребуется всего 12 дней чтобы получить столько энергии. Но где ее взять на несчастной промерзшей насквозь комете в холодном темном поясе Койпера за 30-40 а.е. от Солнца?

Если процесс подготовки (саморепликации) займет, скажем пол года. Это 182 дня, то есть 15724800 c. И захватчикам понадобится источник энергии  6,6*10^15/15724800   ~ 0.5 GW.
При КПД 30%, сырой (тепловой) энергии потребуется 1.5 GW.
Теперь можно попробовать посчитать, скажем, линзу Френеля, которая соберет такую мощность.
У Земли поток солнечной энергии 1400 В/м2  На 40 а.е. поток будет в 1600 раз слабее (закон обратных квадратов) всего 0,875 В/м2. Потребуется линза площадью 500 000 000/0,875=571 500 000 м2 или диаметром 2.7 км... Гм... Даже 3 или 4 км (на всякие потери). Не бог весть какого размера, должен сказать, получается концентратор, если учесть что это очень тонкая пленочная конструкция... Я думал, будет больше.
Кстати, такая линза может за одно служить и маскирующим экраном и телескопом (глазом-стражем)...

Но я не вижу причин не использовать другие источники.
Мне очень нравится идея КВС. Котел вспышечного сгорания. Термоядерный реактор на дейтерий-дейтериевых термоядерных бомбах придуманный умниками из Снежена.



Здесь, на Земле, им такие штуки массовый идиот строить никогда не позволят.
Разумеется...
А вот там... Там идиотов нет. Почему? Не выживают, надеюс...
Я думаю, при умной организации и строить то ничего не надо будет... Ни бетона ни стального котла.
Скажем, проводим исследование ядра кометы. Находим подходящее место. Бурим в леднике шахту нужной глубины. Накрываем ее куполом и... в шахте подрываем ядерную бомбу скромной мощности.... Скажем 10 килотонн...  Это 4,184*1013 Джоулей.
Даже не термоядерную. С собой привезенную.
Если все сделано правильно и наш ледник не расколется, то там возникнет полость и возникнет огромное давление пара. Конечно, надо все это считать. Но (Ганс! Знаю я вас) не надо думать что лет непременно расколется. Интуитивно так и есть. Но надо считать. Скажем теплопроводность льда учитывать.  И  есть подозрение что мы таким образом на много много дней получим шикарный источник пара. Такой рукотворный гейзер. Остается только приставить к этому батарею турбин.
В общем, были бы мозги и хорошая организация.
Не человеческая суетня (кто лучше свою [----] пристроит, вакханалия социальной энтропии), а нечеловеческая. Даже не муравьиная. Машинная...
Тогда и ресурсы найдутся и энергия даже в таких жутких условиях.
Думаю...

[alex_semenov]

Хотя  тут уже накидали новых интересных сообщений, я все же сначала попытаюсь закончить вот с этой ценной мыслью:

Разогнаться до 30 км/с проще конечно же за счёт притяжения Солнца, но скорость будет нарастать очень медленно. Комета Галлея проходит путь от пояса Койпера до Земли за 76 лет. За это время можно даже организовать военную экспедицию к летящему зонду и расстрелять его на дальних подступах к системе. Если же разгоняться двигателями, то... тут много зависит от типа двигателей. Но двигатели и топливо тогда будут составлять значительную часть массы зонда.

Бегло про двигатели и топливо. Топливом (реактивной массой) может быть очень дешевый водород. На худой конец там можно заморозить и кислород для тупого ЖРД не напрягаясь на баки для хранения несметных запасов топлива (корабль-автофаг). Была бы энергия на получения такой ледяных глыб кислорода и водорода.
http://go2starss.narod.ru/pub/E015_RHL.html 
(надо посчитать сколько понадобится для разгона "линкора" водородного и кислородного льда)
Концепция того как разгоняется рой – пока остается открытой. Там есть веер идей, но их надо отсеивать тоже. Помилуйте! Нельзя ухватить все сразу!
Но я это держу в поле зрения.

К расчету времени полета.
Давайте  предположим, что орбита атаки (где расположен атакуемый астероид) – 3 а.е.  А место старта в поясе Койпера - 35 а.е.
Идеальная с точки зрения экономии энергии будет гамоновская орбита. Эллипс, касающийся в перигелии орбиты атаки (3 а.е), а в апогелии орбиты старта (35 а.е.)
Из этого вычисляем параметры эллипса.
Большая полуось: a= (3+35)/2 =40 а.е. =2,85E+12м
Эксцентриситет: e = (35-3)/(35+3)=0.842

Скорость в наиболее удаленной точке, перигелии: V_min = Корень[(G*M/a)*([1-e]/[1+e])] = 1 998 м/с
Здесь G – гравитационная постоянная. М – масса Солнца.
Скорость в наиболее близкой к Солнцу точке (атаки) V_max =v_min*([1+e]/[1-e]) = 23 313 м/с
То есть, стартовав из пояса Койпера со скоростью всего 2 км/с вы падая на Солнце прибываете к месту атаки со скоростью 23,3 км/с. За счет падения вы прибавляете в скорости 21 км/с. Сваливаетесь врагу на голову используя тот факт что он находится в гравитационной яме.
Но есть неприятная тонкость. Время полета вычисляете по третьему закону Кеплера. Полный оборот по орбите: Т=корень[4*пи()^2*a^3/(G*M)] =2623569669 с =83,2 года.
Так как гамоновская трасса это половина такого эллипса, то вся карательная экспедиция займет 41.6 года.
Да уж... Легче комету Галлея дождаться.

Вообще то высчитать прирост энергии при падении в гравитационную яму можно куда проще.  Работа по удалению на бесконечность единичной массы, находящейся от звезды массой M на расстоянии R равна A = G*М/R
Тогда переходя с внешней орбиты R1 (35 а.е.) на внутреннюю R2 (3 а.е.)  приведет к выделению энергии dЕ=E2– E1= G*/R2-G*/R1= G*M*(1/R2 -1/R1)
И эта энергия превращается в кинетическую энергию. То есть в дополнительную скорость dv = корень[2* G*M*(1/R2 -1/R1)] Расстояния тут нужно считать в метрах и после расчетов мы получаем почти  ту же разницу: 23 км/с. Почему не точно? Здесь мы считаем отвесное падение тела на центр массы М.

Опираясь на это, мы можем рассчитать dv между разными орбитами. Падая из 35 а.е.  на 15 а.е мы получим dv= 5.5 км/с. На 10 а.е. (примерно Сатурн) dv= 10 км/с, На 5 а.е. (Примерно Юпитер) dv= 17  км/с.
То есть основной прирост скорости происходит уже в конце полета. Поэтому отправься из пояса Койпера агрессорам ради экономии времени (а им это критично) надо уже иметь значительную скорость.
Как ее посчитать? Я решил не мудрствовать лукаво. Так как заметный прирост скорости происходит уже в конце, то я не сильно ошибусь, если  тупо разделю расстояние на стартовую скорость T <  (R1-R2)/Vc. Реально потребуется меньше.
Но в нашем случае не намного.
Поиграв с этим упрощенным расчетом, я получил следующий разумный компромисс. Стартуя из Койпера на скорости 20 км/с, агрессор достигнет пояса астероидов со скоростью в два раза большей чем при старте - 43 км/с. Скорость избыточна (десанту же тормозить!). И для достижения своей цели рою  потребуется не более 8 лет.
Если вы стартуете с меньшей скорость, скажем 10 км/с, то получаете в точке атаки ожидаемые 33 км/с. Вы получаете за счет гравитации трехкратный прирост скорости (а не двукратный) и кинетической энергии девятикратный (а не четырехкратный).
Но полет продлится около 15 лет.
Стоит ли это того?
Поэтому, если вы хотите сэкономить, то либо должны высадится в Систему ближе чем Койпер (а это нежелательно так как более близкие тела скорей всего уже "заняты") либо первой атакой атаковать более удаленные от Солнца цели.
Например, атакуя систему Сатурна из Койпера вы можете либо стартовать на тех же 20 км/с и  быть там уже через 6 лет со скоростью 31 км/с. Либо относительно экономично стартовав на 15 км/с и быть там через 8 лет на скорости 26 км/с.
Общий вывод.
Как видите, внешние планеты атаковать не очень удобно потому что там края гравитационной ямы еще пологие и разгон за счет падения снаружи внутрь получается небольшой, а преодолеваемые расстояния - огромны. Хочешь не хочешь ты должен тратить там энергию на предварительный разгон, если надо быстро успеть. Это касается кстати всех. И обороняющихся и нападающих.
А вот после Юпитера, края гравитационной ямы быстро искривляются вглубь, а расстояния становятся в общем то мизерными. Тут уже выиграть за счет гравитационного разгона (или проиграть, стреляя из ямы наружу) куда проще.
Мы как бы получаем две военные зоны.
Логично?

Тактические выводы?
Агрессору удобней не падать сразу из внешней части системы внутрь (при этом переразгоняясь или теряя время), а приближаться к цели постепенно. Если он высаживается у нас, то высадившись в Койпере, удобней сразу оттуда сначала ударить по Сатурну - 9.5 а.е. Там много спутников. Наверняка есть весь необходимый ему набор элементов (фон-Нейман таки замкнет свой графа саморепликации и по "витаминам"). Враг разрастется там до размеров очень сильной цивилизации. А уж оттуда можно наносить удар в сырьевое сердце системы – пояс астероидов. Клондайк, вместилище тяжелых элементов.
Если, разумеется, ему это позволят сделать.
С Сатурна уже можно стартовать на 13 км/с чтобы через 2 года упасть в пояс астероидов (скажем на разбитую нами Цереру) с почти расчетными 31 км/с
Идея, думаю понятна?
Окончательно.
Да. Гравитация дает некоторое преимущество пришедшим извне. Но не очень то и большое. Они могут сэкономить от 9 до 4-х раз в энергии но все равно, ограниченные рамками времени, они вынуждены летать по внешней части системы быстро с большими затратами энергии на разгон.
Поэтому здесь много не выиграешь.

Предлагаю также рассмотреть, подойдёт ли в качестве эффективного оборонительного средства от атаки репликаторов тот самый многотераваттный излучатель, которым собирались запускать межзвёздные корабли.

Пойдет. Поэтому такие объекты и будут первейшей целью бомбардировки молотами. Конечно можно по-Гансовски сказать что у нас в запасе их еще штук 5 запрятаны. Но не думаю что цивилизация может себе позволить такие установки держать без работы прозапас.
Это все равно что всю военную экономику Германии спрятать в бетонные бункеры (как планировал с 44-го уже поехавший Гитлер).
Мы все-таки не зря выбрали вселенную 1-0-0. В 1-1-0 воевать было бы не интересно. Там каждый домосед выстроил бы себе по 10 китайских стен и на том все и кончилось бы.