Ведро с болтами

В различных обсуждениях боевых действий на околоземной низкой орбите с печальной регулярностью звучит очевидное на первый взгляд предложение — вывести на орбиту ведро с болтами и закрыть её для сложной космической техники.

Как и любое другое простое короткое решение сложной проблемы оно, разумеется, ложное. Почему так?

101 правило Тёмного Властелина

Пункт 12 гласит «все ошибки в моих планах, которые может заметить ребёнок, подлежат немедленному исправлению».

Если применить этот пункт на совет о ведре с болтами, то «внезапно окажется», что мера целиком актуальная и действенная. Вот кто бы мог подумать!

Чтобы ниспровергнуть предложение — вполне достаточно школьных познаний. В целом можно обойтись даже без алгебры с физикой. Арифметики с геометрией хватит. Почему так?

Геометрия космоса

Космос, сука, большой. У нас только Земля сама диаметром больше двенадцати тысяч километров. Околоземная низкая орбита — чуть меньше 41 000 километров окружности.

То есть, чтобы получить на время на той орбите ровно один болт массой 10 граммов на один метр — нужно идеально точно вывести на орбиту примерно 410 (четыреста десять), матьихуети, тонн! И да, вопрос того, как их там разводить настолько идеально мы до поры оставим за кадром.

Один метр. В километре их тысяча. 410 тысяч тонн. Это девятьсот международных космических станций, есличо. Сколько надо таких вот километров?

530 929 158 480

Число, которое выглядит как номер телефона с добавочным кодом в реальности обозначает полтриллиона км² площади сферы вокруг Земли на той же высоте орбиты. Для перевода его в метры нужно умножить ещё на миллиончик.

И мы всё ещё получим ровно один слой толщиной в один метр с одним 10-граммовым болтом на этот самый метр! И да, повторюсь, как именно разводить неуправляемые болты именно с такой вот идеальной точностью на сколько-то долгое время дежурства гениальные изобретатели космических свинтопрульных машин обычно застенчиво умалчивают.

В типичных космосрачах, если подвести очередного буйного к осознанию этого простого факта за руку, тот начинает всячески крутиться и предлагать разные «хитрые» планы ещё меньшей жизнеспособности. В чём здесь физический корень зла?

Все хотят красиво!

Вот чтоб хотя бы на трёх километрах в секунду относительной скорости — БАНГ! — и выделение энергии как от подрыва тротила примерно той же массы. Только это фантастика.

Формула Циолковского — стерва безжалостная. Фанатичный калужский аскет выводил её в том числе затем, чтобы обосновать переход с отсталых ракетных схем выхода на орбиту к более прогрессивным разгонным. Почему глухого полусумасшедшего деда так бомбило от его же собственных подсчётов?

Бюджет дельты V

Запас характеристической скорости космического аппарата, дельта V, зависит от совершенства двигательной системы и соотношения масс ракеты с пустыми и полными баками. Это буквальный физический смысл формулы Циолковского.

Для эффективного перехвата нужно много рабочего тела. Но — важный нюанс — относительно много! Как это понимать?

Соотношение масс важнее чистой массы

Условные 10 тонн полезной нагрузки и 10 тонн рабочего тела — это меньше двух с половиной километров в секунду изменения орбитальных параметров с помощью метан-кислородного ракетного двигателя.

Куда меньшие по чистому тоннажу 6 к 1 дают чуть больше 6 км/с — и для околоземной низкой орбиты это уже на что-то похоже. Зачем вообще грузовику с болтами нужно столько гари?

Склонение орбиты, бессердечная сволочь!

У МКС, того, что к ней запускают, и того, что может с неё отчалить, склонение орбиты 51,6 градуса.

Сама по себе эта цифра почти лишена смысла. Но стоит добавить к ней склонение другой орбиты — и всё становится куда интереснее. Что нам тут имеет предложить, мнэ, ну, допустим, Старлинк?

Болт для Илона Маска

По умолчанию основная масса спутников гоняет по орбите склонением 53 градуса. Здесь хватит пары сотен метров в секунду на переход без учёта перехвата. Вроде бы всё хорошо и красиво. Но идём дальше! Близкие к экватору широты: 43 градуса. Дельта V на изменение склонения орбиты без учёта перехвата конкретной цели — 1,16 км/с. Для полярных широт — 70 градусов и 2487 м/с, Для предельных 97,6 градусов бюджет дельты V болтается между 7,6 и 8 км/с. Для экваториальных чутка получше — ноль градусов обойдётся в 6,5-7 км/с дельты V. То есть, у перехватчика соотношением масс 6 предельный манёвр по склонению вылетает за предел доступного.

Конечно, можно набрать высоту, чтобы упала скорость движения по орбите, поменять склонение на высоте, подешевле, а потом яростным стервятником космической войны спикировать вниз. Но это тоже жрёт запас орбитального манёвра!

Да, вариант формально рабочий, но с цифрами в руках всё равно как-то грустно получается. И таки что, вы правда думаете, что лишь на этом все трудности закончились?

Малобюджетный перехват

При жёстком лимите по массе и манёвру траектории перехвата орбитальной техники очень далеки от встречных. Куда больше они похожи на сходящиеся кривые, где преследователь относительно медленно догоняет цель условно «сзади-снизу».

Если совать реальные околоземные цифры в реальные же универсальные формулы, то на таком схождении относительная скорость получается с печальной регулярностью ниже скорости звука в нормальных земных условиях.

Это всё ещё весомый прилёт, но уже куда скромнее, чем хотелось бы. Для многих целей придётся говорить вместо одинокого болта о хотя бы маленькой, но ракете с осколочной боевой частью. То есть, от 10 граммов на поражающий элемент мы переходим к нано-спутнику массой хотя бы в килограммы. При общем сохранении потребностей в количестве и кратном росте затрат по управлению группировкой и сопровождению целей. Кстати, а сколько их там? Вы об этом думали?

Пятнадцать тысяч одних только старлинков!

Орбитальные группировки вероятного противника в ближайшие десятилетия начнут для любой стороны измеряться как просто в тысячах, так и в десятках тысяч штук.

То есть, для эффективного поражения большой группировки в статистически заметных масштабах нужно выводить сопоставимые количества любого традиционного железа. Можно ли тут «перевернуть стол» и бахнуть?

Нюки в космосе

У противоспутникового ядерного оружия в космосе есть ряд проблем с эффективным поражением целей. Что-то можно гарантировано сжечь инициированным в контакте с земной ионосферой мощным электромагнитным импульсом. А что-то, ввиду назначения, от него достаточно хорошо защищено.

Закон квадратов тоже вполне безжалостен — оверкилл в малой сфере, значительное падение воздействия за её пределами.

Разумеется, удар этот поразит кроме целей противника и всё то, что случится рядом. То есть, нанесёт заметные потери собственным группировкам того же назначения и спутниковым облакам третьих сторон. Те чисто физически обязаны болтаться на примерно тех же траекториях в силу примерно тех же функций. С рук такой удар сойти в теории может. Но в теории. И то потому, что в прошлом тысячелетии обычно предполагали, что когда осталось «пять секунд до полуночи» — а промедление означает начало глобального ядерного месилова с отработкой крупных населённых центров противника на уничтожение — вроде бы уже и можно. Главный вопрос, увы, стоит ли?

Альтернативные решения

Их предлагали довольно много. Например советский многоразовый баллистический дрон, который просто выныривал бы, отстреливал ракеты, и возвращался обратно в атмосферу с обычной самолётной посадкой. Куда более редкие и дорогие ракетоносцы уровня «МиГ-31» с противоспутниковой ракетой до сих пор на вооружении, пусть и ракеты свои кидают в основном по земле, по всяким Украинам.

У прожектёров можно отыскать и различные предложения больших наземных лазеров противокосмической обороны, и электромагнитные разгонные катапульты с многоразовыми возвращающимися капсулами.

Но в конечном итоге постоянно хочется задаться самым простым и логичным вопросом — а может гораздо проще чутка пригрозить супостату наземным ядерным ударом, чтобы тот сам вовремя дал по тормозам во многих проблемных вопросах и проблемные активы приглушил банальным рубильником в ЦУПе?