Kinetische Energie | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

Kinetische Energie

nolimit

Mitglied
Guten Morgen
ich lese momentan ein Buch (Hard SF), in dem eine Orbitalwaffe beschrieben wird, die mittels unterarmlanger, ca. 20 cm durchmessender, massiver Wolframstäbe (also etwa 300 kg) gewaltige Zerstörungen auf der Erde hervorrufen können soll. Der Orbit soll sich in ca. 1.200 km Höhe befinden. Es wird beschrieben, wie einer dieser Wolframstäbe nach dem Auslösen einen Flugzeugträger beim Einschlag nahezu pulverisiert. Das kann ich mir gerade noch vorstellen.
Aber kann - wie ebenfalls beschrieben - allein durch die kinetische Energie eines solchen Objekts - eine ganze Insel (hier: die Spratley-Insel) zerstört werden?

Danke und CS
Friedhelm
 
Hallo Friedhelm,
Space Weapons gibt es sogar in der Wikipedia.
Du kannst ja auch versuchen das zu berechnen. Die Bewegungsenergie einer Masse mit orbitaler Geschwindigkeit kriegst du raus. Die kannst du dann zB mit bekannten Sprengstoffen vergleichen.
Dann kannst du nach Infos zu den Inseln suchen, zB wieviele, wie weit entfernt voneinander.
Du könntest auch mit dem Earth Impact Effects Calculator spielen und schauen was der dir sagt.

Viel Spass dabei,
Martin
 

RaBaeh

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Hallo Friedhelm,
das ist eine Frage der Geschwindigkeit des Impaktors. Selbst ein kleiner Brocken, der mit hoher Geschwindigkeit einschlägt verursacht einen ordentlichen Krater. Wolfram wohl deshalb damit das Dingens nicht verglüht beim Eintritt. Diese Insel,oder Atoll (?) ist ja recht klein und flach. Da kann die Druckwelle viel anrichten.
Aber ich bin kein Waffenexperte, und will ich auch nicht sein ;)

Grüße Rainer
 

nolimit

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Danke, der Simulator ist wirklich interessant - jedenfalls scheint die Zerstörung des Flugzeugträgers im Rahmen des Möglichen zu sein

CS
Friedhelm
 

Nik Skysurfer

Mitglied
Hallo Friedhelm,

die Kinetische Energie ist, wie hier gezeigt wurde, gut zu berechnen, das Verhalten beim Aufprall schon weniger. Ich denke, ein Schiff wird von so einem Geschoß vielleicht einfach durchgestanzt, was ihm zwar auch nicht gut tut, wobei aber nur ein eher begrenzter Schaden auftritt und die meiste Energie erst in größerer Tiefe freigesetzt wird.
Das größte Hindernis für ein derartiges unsteuerbares Projektil dürfte aber die Wechselwirkung mit der Atmosphäre sein, die es, wenn schon nicht auflöst, so doch bremst und vor allem die Flugbahn auf nicht vorhersehbare Weise ablenkt, so dass mir das Treffen eines Ziels ziemlich illusorisch erscheint.
Im Weltraum ist das natürlich anders, dort wäre solch ein übles Flugobjekt ziemlich ungestört unterwegs. Bin wieder mal froh, dass wir eine Atmosphäre haben, auch wenn sie beim Beobachten am Teleskop oft hinderlich ist.

Wir können übrigens davon ausgehen, dass es dazu "in die Tiefe gehende" Studien gibt. Nur sind deren Auftraggeber etwas zurückhaltend in der Publikation ihrer Schlussfolgerungen...

LG Nikolaus
 

DocHighCo

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Hallo,

Ideen zu solchen Projektilen sind ja nicht neu. Wolframstäbe im Weltraum sind aber auch nichts anderes als Satelliten, denen man nur bestimmte Bahnänderungen verpassen kann. Die brauchen also eine Deorbitstufe und können dann nur innerhalb des möglichen DeltaV ihre Bahn ändern und Ziele nur in einem bestimmten Bereich auf der Erde treffen. Die können also nicht jederzeit beliebig jeden Punkt auf der Erde treffen, wie man es gerade will. Die kinetische Energie die sie haben, muß man ihnen auch erst mal mitgeben, um in den Orbit zu kommen. Die Energie könnte man ihnen dann ja auch direkt auf der Erde in Form von Hyperschallflugkörpern verpassen, wie sie von Rußland, China und den USA entwickelt werden. Die wären auch viel flexibler einsetzbar.

Gruß

Heiko
 

nolimit

Mitglied
Im Buch wird das so beschrieben, dass ein größerer Satellit eine Art Magazin enthält mit diesen Stäben. Der Satellit wird dann an die gewünschte / errechnete Position gebracht und eines oder mehrere der Geschosse werden "abgeschossen"
 

DocHighCo

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Hallo Friedhelm,

für die Dramaturgie des Buches ist das vielleicht in Ordnung, aber der Grund warum so etwas nicht realisiert wurde ist einmal sicher, daß es dauert bis der Satellit in der gewünschten Position ist. Das ist also keine Schnellschußwaffe. Man könnte sich natürlich viele diese Stationen vorstellen. Aber dann ist es energetisch und kostenmäßig wohl günstiger Hyperschallflugkörper zum gleichen Effekt zu benutzen. Und die Umlaufbahnen dieser Stationen sind auch vorhersagbar und damit potentiell angreifbar.
Ich habe auch mal nachgerechnet. Ein ca. 20 cm durchmessender 2m langer Wolframstab hätte eine Masse von ca. 1,2 t. Da er mit maximal Orbitalgeschwindigkeit (7,9 km/sec) einschlagen kann, wäre das eine kinetische Energie von 37743 MJ. Das entspricht ca. 8,2t TNT, wenn ich mich nicht verrechnet habe. Das ist zwar ein ganz schöner Rums, aber zum Vergleich hat die größte konventionelle Bombe der USA die MOAB (Massive Ordnance Air Blast) eine Sprengkraft von 11t TNT. Und das ist weit weg von nuklearen Waffen. Die Hiroshima-Bombe hatte immerhin schon 13000t TNT-Äquivalent.
Das Versenken eines Flugzeugträgers wäre vielleicht möglich, wenn der Stab die richtige Stelle trifft und der Träger dann vollläuft. Ganze Inseln pulverisieren halte ich aber für übertrieben.

Gruß

Heiko
 
Zuletzt bearbeitet:

nolimit

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Heiko, deshalb habe ich gefragt - weil ich nicht wirklich eine Vorstellung habe von so etwas
Sanke für die Erläuterung

CS
Friedhelm
 

maximilian

Mitglied
Hallo!
Ich denke, ein Schiff wird von so einem Geschoß vielleicht einfach durchgestanzt, was ihm zwar auch nicht gut tut, wobei aber nur ein eher begrenzter Schaden auftritt und die meiste Energie erst in größerer Tiefe freigesetzt wird.
Genau so ist es. Das fliegt glatt durch den Flugzeugträger durch. Wie anfangs im Falklandkrieg (wenn sich an den noch wer erinnert), als die Argentinier die Zünder ihrer Exocet Raketen falsch eingestellt hatten und diese durch die Englischen Kriegsschiffe einfach durchgeflogen sind. Wenn trotzdem Schäden entstanden, dann waren das Brände die durch die Reste des Raketentreibstoffs ausgelöst wurden. Solchen Treibstoff haben aber die Wolframstäbe nicht.

Ausserdem ist es gar nicht so einfach, ein Projektil aus einer Umlaufbahn so abzuschiessen, dass es ein Ziel am Boden trifft und dort auch noch eine hohe Geschwindigkeit hat. Ohne jetzt zu rechnen würde ich behaupten, dass der notwendige Energieaufwand dafür höher ist, als es überhaupt in die Umlaufbahn zu bringen.

Grüße
Maximilian
 

maximilian

Mitglied
Hallo!
Dieser Satz aus dem WIkipedia-Artikel sagt eigentlich alles was man wissen muß:

In the case of the system mentioned in the 2003 Air Force report above, a 6.1 m × 0.3 m tungsten cylinder impacting at Mach 10 has a kinetic energy equivalent to approximately 11.5 tons of TNT (or 7.2 tons of dynamite). The mass of such a cylinder is itself greater than 9 tons, so the practical applications of such a system are limited to those situations where its other characteristics provide a clear and decisive advantage—a conventional bomb/warhead of similar weight to the tungsten rod, delivered by conventional means, provides similar destructive capability and is far more practical and cost-effective.

Auf Deutsch: Eine 9 Tonnen schwere konventionelle Bombe, ins Ziel gebracht auf „konventionelle Weise“ (also per Flugzeug oder Rakete) hat dieselbe Wirkung wie eine gleichschwere Wolframstange, die aus der Umlaufbahn abgeworfen wird. Aber sehr viel einfacher und kostengünstiger.

Grüße
Maximilian
 

SebastianTS

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Hallo auch von mir.


Da er mit maximal Orbitalgeschwindigkeit (7,9 km/sec) einschlagen kann,
Es wäre evtl. auch denkbar, den Stab noch mit einer Art Railgun zu beschleunigen. Wegen der Impulserhaltung würde das aber die Abschussvorrichtung bremsen. Diese müsste dann sehr viel schwerer sein als der Stab und über Schubdüsen verfügen um den Impulsverlust auszugleichen. Das lohnt sich aktuell bestimmt nicht :unsure: . Wenn eines Tages mal mehr Infrastruktur in der Umlaufbahn kreist, wird es vielleicht interessant.

Grüße,

Sebastian
 

dako76

Mitglied
Das größte Problem bei all dem ist, dass es neben der Energie schlielich auch noch die Impulserhaltung und in diesem Fall auch die Drehimpulserhaltung gibt. Ein simples: Ich schieße den Wolframstab senkrecht nach unten Richtung Erde ist da aufeinmal gar nicht mehr so simpel.

Dazu dann die Effekte der Atmosphäre, welche nicht nur das Geschoss abbremsen sondern eben auch (z.B. durch unregelmäßige Erhitzung ablenken.

Noch dazu muss die kinetische Engerie eines Geschosses auch zunächst einmal an das zu zerstörende Objekt abgegeben werden. Ein Langer relativ dünner Wolframstab würde wohl kaum kurzfristig abgemrebst werden (weder beim trefrfen auf einen Schiffskörper noch auf eine durchschnittliche Landmasse) als dass da die Energie kurzfristig umgewandelt werden würde. Am ehesten wäre das woh noch z.B. bei massiven Bunkern oder ähnlichem funktionieren. Evtl. dort dann acuh eher durch die Trümmer/Splitter/Hitzewirkung.
 

maximilian

Mitglied
Hallo!

Eigentlich bin ich sehr froh, dass wir in diesem friedlichen Forum gar niemanden haben, der sich mit sowas wirklich auskennt :) Ich habe mal gelernt, dass Mikrometeotiten in der Raumfahrt keine große Gefahr darstellen, trotz ihrer enormen kinetischen Energie aufgrund von Relativgeschwindigkeiten im zweistelligen km/s-Bereich. Einfach deswegen, weil sie einfach durch die Strukturen hindurchfliegen. Nur dann kann die Energie tatsächlich umgesetzt werden, wenn sie auf etwas Undurchdringliches treffen, wie so ein Wolframstab auf einen meterdicken Betonbunker. Ansonsten gibt es zwei kleine Löcher und gut ist es.

Grüße
Maximilian
 

DocHighCo

Mitglied
Ich bin da zwar auch kein Experte, aber ich denke die Waffenspezialisten sind genügend einfallsreich, um einen Stab so zu gestalten, daß er sich beim Auftreffen so zerlegt, daß er die maximale gewünschte Wirkenergie entfaltet. Zerlegergeschosse gibt es schon lange. Wir müßen uns da keine Gedanken machen.

Gruß

Heiko
 

maximilian

Mitglied
Hallo!
Ich bin da zwar auch kein Experte, aber ich denke die Waffenspezialisten sind genügend einfallsreich, um einen Stab so zu gestalten, daß er sich beim Auftreffen so zerlegt, daß er die maximale gewünschte Wirkenergie entfaltet.
Das ist eine Frage der Geschwindigkeit. Ein Objekt das sich mit 10km/s bewegt braucht eine Millisekunde um durch eine 10m lange/hohe/breite Struktur zu fliegen. Die Zerlegung kann bei einem passiven Geschoß erst dann beginnen, wenn es den ersten Aufprall hinter sich hat. Wieviel Schaden es dann beim Austritt anrichtet, hängt nur davon ab, wie weit die Bruchstücke in dieser Millisekunde zur Seite hin Streuen können. Bei „normalen“ Geschossen ist das etwas einfacher, weil die erstens zehnmal so viel Zeit haben um sich zu zerlegen und zweitens noch einen Explosivkern, der eine große Streuung der Splitter bewirkt.

Grüße
Maximilian
 

DocHighCo

Mitglied
Wie gesagt, ich bin kein Experte. Urankerngeschosse durchschlagen einige Zehnzentimeter dicke Panzerungen, zerbröseln kurz dahinter und setzen so ihre Energie frei - in weniger als einer Millisekunde. Da sollte das bei so einem Wolframstab auch in einem Flugzeugträger oder Bunker möglich sein, wenn man den darauf auslegt. Er ist ja auch eher mit weniger als 10 km/s unterwegs (terminal velocity). An einen Pickup-Truck wird man den ja kaum verschwenden.
Oben haben wir ja gesehen, daß Geld und Energie in Hyperschallflugkörpern besser eingesetzt sind (soweit man bei Waffen von "besser" sprechen kann). Railguns werden auch für den Einsatz auf Schiffen untersucht. Man muß kinetische Waffen nicht vom Orbit aus einsetzen.

Gruß

Heiko
 

maximilian

Mitglied
Hallo!
Man muß kinetische Waffen nicht vom Orbit aus einsetzen.
Man muß kinetsiche Waffen überhaupt nicht einsetzen.

Hier ein relativ neuer Artikel über die Wirkung von Geschossen aus abgereichrtem Uran: Why deadly depleted uranium is the tank buster's weapon of choice
Interessant ist in diesem Zusammenhang dieses Stück hier (die Abkürzung „DU“ wird in dem Artikel für „depleted Uranium“ verwendet): „As with most weapons, depleted uranium is not as deadly as its proponents - or its critics - claim. One tank was hit four times with no casualties. Twenty US vehicles took penetrating hits from DU weapons during the Gulf war. Thirteen crew members were killed, but 113 others - almost 90% - survived.
Das heisst also, dass auch ein extra dafür hergestelltes Geschoss mit kinetischer Wirkung in vielen Fällen einfach durch sein Ziel hindurchfliegt ohne viel Schaden anzurichten. Lohnt sich also nicht...

Grüße
Maximilian
 

DocHighCo

Mitglied
Das heisst also, dass auch ein extra dafür hergestelltes Geschoss mit kinetischer Wirkung in vielen Fällen einfach durch sein Ziel hindurchfliegt ohne viel Schaden anzurichten.
Na vielleicht sollte man dann die kinetischen Waffen zum Standard machen :). Im Trabbi dürfte man (fast) sicher davor sein. Man muß sich nur schnell genug ducken. Man kann das martialischen Thema damit eigentlich abschließen.

Gruß

Heiko
 
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