Вопрос к Лиге упоротых расчетов
С какой скоростью должен ехать велосипед с классическими колесами 27 дюймов чтобы сторонний наблюдатель видел шагающих человечков которые не смещались?
С какой скоростью должен ехать велосипед с классическими колесами 27 дюймов чтобы сторонний наблюдатель видел шагающих человечков которые не смещались?
Свет — это частица или электромагнитная волна? Почему раскалённый уголёк светится? Что такое абсолютно чёрное тело и ультрафиолетовая катастрофа? Какими необычными свойствами обладает свет? Есть ли частица, чья скорость может превышать скорость света?
Об этом рассказывает Антон Бирюков, астрофизик, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории Космических проектов Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга.
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi
Для ленивых есть видео, остальным же предлагаю текстовую версию ниже.
В этой статье мы детально рассмотрим все основные виды керамики, что активно используются в создании брони. Узнаем о плюсах и минусах тех или иных вариантов, а также рассмотрим как обычные, так и прозрачные виды защит.
Практически каждый человек, что интересуется военным делом и всякого рода снаряжением, думаю прекрасно знает от такой полезной штуке, как броня. Она бывает самая разная, от обычной стали и вплоть до сложнейших композитов из множества материалов. И одним из материалов, что активно применяется в персональной защите и бронировании техники, является керамика.
Этот хрупкий, но крайне твердый класс веществ применяется уже как более 60 лет в военной промышленности, и за это долгое время создал целый список из разнообразных видов материалов, пригодных для защиты от неприятельского огня.
DM-33 пробивает ВЛД Т-72Б, что состоит из группы стальных пластин.
Глобально, пригодная для брони керамика делится на два основных вида: прозрачная и непрозрачная. Первая как правило дороже и сложнее в производстве, и поэтому применяется только в том случае, когда защищать приходится триплексы, прицелы, окна и головки самонаведения. Для всех остальных ситуаций подходит старая добрая непрозрачная керамика, что своим видом часто напоминает то-ли кафельную плитку в ванной, то-ли вообще кухонную тарелку.
Керамический слой Оксида Алюминия в бронеплите для пробежилета.
И первый по списку у нас - это Оксид Алюминия, или же его величество Глинозем.
Он имеет довольно скромные параметры твердости, обладает кремово-белым цветом и отличается непримечательной плотностью. Применять его начале еще в 70-тых — то бишь дедушка оказался даже старше всем известного кевлара.
Так как Глинозем является, скажем так, посредником производства алюминия и его сплавов, производят первого крайне много — более 100 миллионов тонн в год, что делает его самым дешевым, изученным, массовым и простым керамическим материалом для брони.
Производство глинозема в мире.
Характеристики Глинозема давно не поражают воображения, но благодаря доступности, он прекрасно показывает себя там, где нужно дешево или много. Например в легких полицейских бронежилетах, или тяжелой технике, ведь последняя требует не килограммы, а целые тонны этого вещества. Кстати именно эта керамика использовалась в ранних башнях танков линейки Т-64, представляя из себя залитые броневой сталью большие керамические сферы.
Ранняя башня танка Т-64 с оксид алюминиевыми шарами.
КАРБИД БОРА
Элементы из карбида бора в бронеплите бронежилета.
Карбид Бора, он же Тетрабор - это текущий топ за свои деньги, если конечно не обращать внимания на редкие полу-экспериментальные материалы, по типу алмазоидного бора. Этот темно-серый, а порою черный парень обладает невероятной твердостью, которая сочетается еще и с низкой плотностью — меньшей, чем у рассмотренного Глинозема. Карбид Бора абсолютно по всем ТТХ лучше старичка Оксида Алюминия, и единственное, где он ему проигрывает — это цена.
Раньше разница между этими материалами в цене была многократной, но сейчас стоимость Тетрабора не критично отличается от Глинозема, что позволяет первому активно конкурировать с тем в персональной защите.
Элементы из карбида бора в бронемашине Тайфун-К.
Однако у Карбида Бора есть один очень существенный минус — это проблемы с защитой против сверхплотных боеприпасов. Дело в том, что при критическом локальном давлении, в нем происходит так называемая сдвиговая аморфизация. В большинстве случаев это происходит при использовании пуль из вольфрамовых или урановых сплавов. Они вызывают дестабилизацию решетки Карбида Бора, приводя к тому, что керамика начинает аномально легко разрушаться через сдвиг своей структуры. В итоге наша броня, что раньше была топ-жир за свои деньги, начинает показывать очень паршивые результаты, порой опускаясь в эффективности на уровень дешевого Оксида Алюминия.
Сдвиговая аморфизация карбида бора во время попадания вольфрамовых и урановых снарядов.
Эта проблема была настолько актуальной, что в 2008 году США начали выпускать бронеплиты XSAPI из другой керамики для защиты от бронебойных Иракских боеприпасов. И если привычные ESAPI использовали Карбид Бора, то вот XSAPI зачастую снабжались керамикой из нашего следующего гостя — Карбида Кремния.
КАРБИД КРЕМНИЯ
Карбид Кремния, или же Карборунд — это более тяжелая и менее твердая на фоне Карбида Бора керамика. На внешний вид она мало отличается от своего более легкого конкурента.
Карборунд ценят за то, что на фоне Глинозема, первый лучше по всем ТТХ, а в сравнении с Карбидом Бора отличается прекрасной стойкостью к сверхплотным боеприпасам. Он не страдает от сдвиговой аморфизации, а поэтому не обладает аномальной хрупкостью Карбида Бора, оставляя за собой позицию максимального стабильного материала.
Такая керамика, например, применяется для бронирования кабины американского вертолета Апач, и позволяет тому выдерживать в районе сидений экипажа даже бронебойные боеприпасы.
Защита кабины AH-64 на основе карбида кремния.
Стоимость же Карборунда несколько ниже Карбида Бора.
На этом раздел непрозрачной и самой ходовой керамики можно закрыть. По правде на рынке иногда встречаются более редкие варианты керамики, вроде диборида-титана и алмазоидного бора, но они или сомнительны по ТТХ, или же вовсе находятся на этапе разработки. Так что дальше речь пойдет о прозрачной броневой керамике.
ИСКУССТВЕННЫЙ САПФИР
Искусственный сапфир.
Далеко не такой красивый как настоящий сапфир, но чертовски твердый и прочный, этот лабораторный камень активно используется там, где требуется максимально стойкая к износу оптика. Он довольно хрупкий под ударными нагрузками, но благодаря огромной твердости прекрасно противостоит царапинам и истиранию. Сапфир также обладает неплохим окном прозрачности для инфракрасных приборов, а поэтому это дорогой, но очень подходящий материал для тепловизионных систем.
Окно пропускания видимого и ИК света различными материалами.
Именно из него сделаны линзы для EOTS истребителя F-35.
Не смотря на самые худшие ТТХ в плане ударной стойкости и вязкости среди конкурентов, Искусственный Сапфир неплохо проталкивают в качестве броневого материала. Все дело в том, что из-за активного применения его в гражданском рынке и электронике, это делает его хорошо изученным, стабильным и массовым продуктом. Вспомните только сколько стекол для смарт-часов и смартфонов делают из Искусственного Сапфира — вся эта массовость подкупает и производителей брони, ведь найти поставщика становится довольно простой задачей.
Массовое использование сапфира в коммерческих девайсах упрощает его заказы и для военной промышленности.
ОКСИНИТРИД АЛЛЮМИНИЯ (ALON)
ALON
Или же ALON - еще один прозрачный и крайне твердый материал.
Оксинитрид алюминия был открыт, когда было обнаружено, что добавление азота к оксиду алюминия приводит к образованию новой шпинелеобразной (кубической) фазы. И да, вы правильно поняли — это прокачанная версия старичка Оксида Алюминия, так как… по сути это раствор нитрида азота и Глинозема.
В отличии от Искусственного Сапфира это вещество отличается большей ударной стойкостью и прочностью, проще в изготовлении, но имеет меньшую твердость. ALON продвигают не как основу для оптических систем, а как материал для прозрачной брони, позволяя добиться практически вдвое меньшей толщины и веса, чем обычные броневые стекла. К этому подталкивает не только лучшая ударная прочность, но и меньшая полоса пропускания инфракрасного света, на фоне Сапфира.
Тест ALON в сравнению с бронестеклом
ИСКУССТВЕННАЯ ШПИНЕЛЬ
Технически шпинелью можно называть сразу целое семейство материалов, что насчитывают сотни видов с разными ТТХ. Однако самыми популярными искусственными представителями этой керамики являются магниево-алюминатная шпинель и железоалюминатная шпинель. Именно первая используется в прозрачной броне самого высокого класса.
Этот искусственный материал обладает как высокой твердостью, так и хорошей ударной прочностью, по сути обгоняя как ALON, так и Сапфир по балансу защитных характеристик. Однако Шпинель обладает очень проблемным методом производства, что использует литье под давлением и огромными температурами. Это приводит к малым партиям и большой цене, что ограничивает шпинель в массовом использовании.
Все эти прозрачные материалы по своей сути являются не стеклом, а поликристаллическим керамическим материалом. Именно поэтому при повреждении и появлении трещин, пластины из них не рассыпаются вдребезги и не разрушаются, а лишь образовывают сколы. Это делает их намного более эффективными в плане защиты, чем привычные броневые стекла.
А с вами был Арбогаст и всем удачи.
Интересно и красиво, удивительно что такую невзрачную обложку поставили на видео
Оптика ЛЗОСа установлена на телескопах в Великобритании, в Германии и в Китае. В 2018 году Ростех установил астрономическое шестиметровое зеркало ЛЗОСа на самом большом в Евразии телескопе в Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук.
На фото: астрономическое зеркало для обсерватории в Индии. Оно было доставлено в обсерваторию в ноябре прошлого года. Работы по его изготовлению велись на Лыткаринском заводе оптического стекла (входит в Ростех) с марта 2017 года. Заказчиком выступила бельгийская компания-создатель оптического прибора.
Это зеркало изготовлено из астроситалла — стеклокристаллического материала, обладающего необходимыми для астрономической оптики свойствами. Главное из его свойств — температурный коэффициент линейного расширения близкий к нулевому в широком диапазоне температур.
Головные обтекатели ракет — из ситалла. Это уникальный стеклокристаллический материал, который прочен и термоустойчив.
Видос производственных участков:
ЛЗОС поставляет свою продукцию более чем в 30 стран мира.
Народ в комментах на ютубе пребывает несколько в ахере с того, что двигается не линзоблок, а сами "волосы".
Для ленивых есть видео, остальным же предлагаю текстовую версию ниже.
В этой статье я расскажу, сможет ли боевой лазер ослепить, повредить или уничтожить те или иные спутники. Получится ли у него испортить хрупкую аппаратуру космического аппарата, нарушить связь, выжечь матрицу и тому подобное.
В качестве примера лазерного оружия мы будем использовать такой комплекс как Пересвет. Его же целями станет сразу несколько потенциальных жертв, а именно:
1) Спутник Sentinel-2, который благодаря мультиспектральной камере использовался для наблюдения за атаками на аэродромах в Крыму и Херсоне, а также мог оценивать повреждение Антоновского моста.
2) Спутник Sentinel-1, который благодаря SAR (Synthetic-aperture radar), использовался для наблюдения за передвижением Черноморского флота и помогал в нахождении некоторых установок РЛС для С-300 и С-400.
3) Спутник Starlink, который используется Вооруженными Силами Украины как система надежной военной связи с огромной пропускной способностью.
В отличии от наведения помех или выжигания матрицы, физическое повреждение или полное уничтожение спутника является самым сложным испытанием для любого лазера. Большинство орбитальных разведчиков и систем связи созданы на основе алюминиевых сплавов, в которых иногда встречается армирование керамическими нитями, что делает тепловое разрушение довольно трудозатратой задачей.
Радиаторы также используют в себе металлы, а то и тугоплавкие варианты керамики, такие как карборунд.
Например, наша главная цель - Sentinel-2, создан на основе алюминиевой рамы с сотовой многослойной обшивкой, сделанной из ранее озвученного металла. Он также покрыт теплоизоляционной фольгой на основе каптона, армированной стекловолокном.
Для того, что бы узнать, можем ли мы продырявить или разрезать такую сложную цель, посчитаем, сколько энергии на квадратный сантиметр может выдать наш боевой лазер.
Для этого сначала узнаем диаметр лазерного пятна на цели, после чего посчитаем сколько мощности на это пятно приходится.
Минимальное расстояние до наших Sentinel-ов составляет примерно 650 километров, а поэтому вписываем это число в калькулятор, ссылка на который будет в конце статьи. Умножаем это на качество лазерного пучка нашего Пересвета. Перемножаем полученное значение на длину волны в микрометрах, после чего делим на диаметр зеркала, что отвечает за фокусирование луча на цели. Полученное промежуточное значение подставляется в формулу как диаметр пятна. Добавляем выходную мощность, после чего получаем итоговую мощность излучения на цели - 0,001 кВт/см2.
Выходит так, что лазер, который на расстоянии в 5.000 метров вполне мог уничтожать пластиковые дроны, на дистанции в 650 километров, даже без учета атмосферных помех, утратил всю убийственную мощность.
Для примера, чтобы поджечь фанеру, нам нужно около 1 кВт/см2, поэтому надеяться на физическое уничтожение спутника подобным лазером все-таки не стоит. Более того, даже это слабое излучение будет практически полностью отражаться теплоизоляционной каптоновой фольгой спутника. Похожая ситуация состоит с радиаторами, что оснащены многослойным тефлон-серебряным покрытием, позволяющим как излучать собственную тепловую энергию в космос, так и отражать внешнюю.
Несмотря на то, что практически все эти покрытия созданы для отражения солнечного света, они также прекрасно подходят для нивелирования воздействия химических лазеров ближнего ИК, таких как Пересвет. Именно поэтому мы полностью отметаем какое-либо физическое уничтожение спутников с помощью COIL лазеров киловаттного класса – для этого нужно что-то более сложное и мощное, запитанное желательно от группы производительных ядерных реакторов.
Несмотря на то, что излучение нашего лазера не способно расплавить кусок обшивки вражеского спутника, это еще не означает, что мы не можем нарушить его работу. В отличии от непосредственного уничтожения, мы можем избрать намного более тонкую тактику, а именно разрушение матрицы вражеской камеры. Это все еще сложнее, чем просто навести временную помеху, но значительно проще, чем продырявить спутник насквозь. Более того, мы можем заставить оптику цели работать на нас, вынудив фокусировать луч лазера огромным зеркалом на маленькой матрице.
Возьмем в качестве первой жертвы Sentinel-2. Он оснащен мультиспектральным оборудованием для наблюдения как видимом, так и ИК-спектрах. Его главное зеркало, которое мы заставим работать в наших интересах, в размерах составляет 44 на 19 сантиметров.
Учитывая, что диаметр нашего лазерного пятна составляет 3,4 метра, на главное зеркало спутника приходится почти один процент нашего излучения. Сделаем скидку на то, что расширяется луч вовсе не идеально, а поэтому возьмем в три раза больше энергии.
Зеркала Sentinel-2 созданы на основе отполированного карбида кремния и, если справочник меня не обманывает, его отражающая способность в спектре работы Пересвета составляет около 19%. Это означает, что на входе в оптику наша мощность уменьшилась до 3%, после чего мы потеряли еще 81% оставшейся энергии на зеркале, и уже под финал остаток направился дальше, к хрупкой оптике.
Перед матрицами свет разделяется на два направления – первый идет к сенсорам видимого спектра и самого ближнего ИК (VNIR), а второй на основные ИК-детекторы (SWIR). Их размеры практически одинаковы – примерно 23 на 6 сантиметров, что относительно первичного зеркала сжимает наш луч в 6 раз. В итоге мы имеем… 0,02 вт/см2. Учитывая, что наш SWIR охлаждается карборундовыми радиаторами до температуры -80 градусов по Цельсию, сжечь их у нас точно не выйдет. С VNIR все несколько проще– их рабочая температура всего 20 градусов по Цельсию, но маломощность полученного излучения также недостаточна для разрушения матрицы.
Ничего страшного – рассмотрим другие спутники.
Sentinel-1 оптики попросту не имеет – вместо этого у него имеется радар с синтезированной апертурой, работающий на длине волны примерно в 3-7 сантиметра. Какое-либо слабое световое воздействие для него также интересно, как для слепого красный цвет. Примерно тоже самое у нас со спутниками Starlink – на них установлено несколько фазированных решеток в миллиметровом и сантиметровых диапазонах, а значит о лазерном излучении оборудование даже не узнает.
Остается самый последний и надежный вариант – забить спутники помехами, временно выведя их из строя.
Перед тем как разделить световой поток на два разных направления, Sentinel-2 использует дихроичные фильтры для того, чтобы отсечь мусорное излучение. Это означает, что до прибора SWIR, который мы минуту назад пытались сжечь, лазер даже не дойдет – его отсекли бы еще до попадания на матрицу.
В тот же момент половина излучения пройдет на VNIR, ведь часть его рабочих сенсоров находятся на длиннее волны нашего COIL лазера. Но и тут у нас возникает проблема – каждый отдельный датчик настроен на свой участок излучения, и в этом ему помогают личные щелевые входные фильтры. Единственным уязвимым для нас является датчик B10, который действительно подвергнется помехам ввиду того, что Пересвет работает в его рабочей частоте.
Как итог, из двух группировок сенсоров, мы задели лишь одну, да и то на одной полосе работы из 12… Как понимаете, наблюдать за полем боя это практически не помешает.
Но даже здесь я нашел окно возможностей для подавления Sentinel-2 - Laser Communication Terminal. Зачем нам наводить помехи на оптику, если мы можем навести помехи на систему передачи данных?
LCT это лазерный терминал связи, созданный европейской системой ретрансляции данных – EDRS. Если верить их стандартам, то для связи у них используется 2 Вт лазерный луч, работающий на длине волны 1064 нанометра… И если бы у нас был иттрий-алюминиевый гранатовый лазер мощностью в мегаватт, я бы порадовался, но у нас 50-килловатный COIL фонарик, а поэтому навести помехи на связь у нас также не получится.
<!--[endif]-->
Sentinel-1 использует аналогичную установку для передачи данных, так что с ним такая же безвыходная ситуация.
Со спутниками Starlink ситуация еще хуже, ведь для передачи данных они вовсе не используют лазерную связь. Вместо этого у них несколько фазированных решеток для радиообмена, воздействовать на которые помехами мы не можем от слова совсем – абсолютно иной спектр работы.
Итоги оказываются довольно неутешительными.
Даже коммерческие не военные спутники оборудованы отсекающими шторами и фильтрами, а также мощными системами охлаждения, что не позволят разрушить матрицу.
Термостойкие стекла из полированной керамики или металлов также слабо уязвимы к нагреву, в то время как корпуса из титанов и алюминия даже не заметят нагрева киловаттных лазеров.
Попытки же навести помехи часто упираются в ранее описанные фильтры и отсекающие шторы, что снижают нашу эффективность до минимума.
А вот калькулятор:
(Параметры импульсного режима не учитываются)