martes, 12 de abril de 2016

Dinámica de naves espaciales


Si miramos la tabla de distancias del sistema solar, aunque no hay una relación constante a toda la tabla de en cuanto tiempo se las naves espaciales cruzan 1 UA, podemos ver que las naves son ciertamente rápidas.


1. Velocidad de las naves

Siendo que 1 UA equivale a 149,6 millones de Km, podemos ver haciendo cálculos por ejemplo velocidades de 111 Km/s en el caso de viajar de Marte a Mercurio. O 191,6 Km/s en el caso de Mercurio a Neptuno. Y cualquier velocidad puede multiplicarse por 2 si hablamos de naves rápidas (mitad de duración el viaje), o por 4 si hablamos de propulsores de antimateria (un cuarto de duración el viaje).
Vemos que la velocidad es mayor en distancias largas, pero en realidad estas velocidades son velocidades medias sacadas por la cuenta de la vieja (movimiento uniforme rectilíneo, distancia entre tiempo).

En realidad, en todo el viaje, la velocidad no será uniforme, las naves queman su materia de reacción logrando alcanzar la velocidad normal (y posiblemente punta) del viaje. Mientras acelera, la nave simula gravedad gracias a la aceleración.
Una vez alcanzada la velocidad normal del viaje, la sensación de gravedad desaparece dando paso a la Cero-g, y por inercia la nave se mantiene a esa velocidad hasta que para detenerse debe realizar la misma desaceleración. (Esto si es un movimiento uniforme, descontando los periodos de aceleración y desaceleración)

Por esto decía antes que la velocidad resultado de dividir la distancia entre el tiempo será una velocidad media, porque salvo que se alcancen velocidades mayores en tramos del viaje (por ejemplo, una maniobra de asistencia gravitatoria, o que se vuelvan a encender propulsores), que arrojen esta media, esta media va a ser realmente la velocidad punta que la nave tiene que alcanzar (y luego mantendrá, cuando deje de acelerar) para hacer esa distancia, en ese tiempo.

Hablando de formas de acelerar, efectivamente las naves pueden usar a los planetas para acelerar al rodearles en maniobras de asistencia gravitatoria. El máximo incremento de velocidad que puede proporcionar un planeta depende de su masa y velocidad. Por ejemplo, en el caso de Venus 7 km/s, la Tierra 8 km/s, Marte 3,5 km/s, Júpiter 43 km/s (por algo la República Joviana cobra por esta maniobra) y Saturno 26 km/s.

2. Aceleración y frenada 

Ya hablaremos de como frenan estas
Dado que los viajes espaciales en EP son mas narrativos que reglamentados, no aporta nada saber cuanto tiempo acelera la nave, y a cuantos m/s, aunque simplemente a efectos descriptivos, el tiempo que la nave acelere, nos dice durante cuanto tiempo la tripulación va a tener gravedad, y la aceleración nos va a decir, (siendo 9,8 m/s2, 1g), cuantas g tiene que soportar la tripulación.
Si una nave en 1 hora sale de órbita y se pone a velocidad máxima, y lo describimos así, o bien aceptamos un error, o bien estamos diciendo que los morfos de la tripulación se apañan con nosecuentas g, o bien inventamos cosas, como que para esa aceleración la tripulación se mete en colchones gravitatorios (aka, cámaras de agua) o yo que sé.

Si queremos entrar en esto, tenemos que empezar calculando la velocidad media del viaje (sabiendo cuantas UA son, sabiendo que cada una son 149,6 millones de Km, y sabiendo lo que se tarda, podemos sacar la velocidad). Una vez sabemos la velocidad, podemos definir hasta cuantas g nos parece que acelere la nave, sabiendo que el actual máximo práctico son las 9 g de los pilotos de cazas, y el record mundial está en 46,2 g (con daño de por vida a la vista), y entonces dividimos la velocidad que tenemos que obtener, entre la aceleración de la nave, y nos dá cuanto hay que mantener esa aceleración, para alcanzar esa velocidad. Y durante ese tiempo tendremos una gravedad equivalente a esa aceleración.

Es decir, si aceleramos 15 horas a 9,8 m/s2, arrancando desde el reposo, en 1s estamos a 9,8 m/s, en 2s estamos a 19,6 m/s, etc, hasta que tras 15 horas estaremos a 529,2 Km/s. Y este tiempo hemos teniendo sensación de gravedad a 9,8 m/s2, o 1 g. Apagamos los propulsores, mantenemos la misma velocidad por inercia, pero la sensación de gravedad nos abandona.
La velocidad media del viaje podríamos decir que es 529,2 Km/s, aunque tenemos el error de que en las primeras 15 horas y las últimas 15 horas, la velocidad ha sido menor, por acelerar y frenar, lo que nos baja realmente la media, pero como en EP los viajes duran desde días a un par de años, el error se puede asumir como redondeo.
 
Y hablando de la frenada. Con los diseños típicos que vemos en imágenes, narrativamente, uno podría pensar que dado que el motor "grande" de las naves está atrás, su potencia para la frenada va a ser muy inferior al de aceleración, por lo que para decelerar las naves van a tardar cuatro veces o yo que sé el tiempo que necesitaron par acelerar. (Asumiendo que alante llevan alguna clase de impulsores). Pero eso ya son otras cuestiones de forma, y las ilustraciones a las que estamos acostumbrados. O quizás las naves roten (impulsores de encima y abajo) para llegar a destino con el motor "de atrás" hacia su destino, frenando con plena eficacia y listas para volver a marcharse.

3. Maniobras

Las maniobras en el espacio no son como Star Wars nos acostumbra. En el espacio no maniobras como un caza ladeandote, ni con propulsores laterales te vas al lado contrario de los que enciendas (no tan sencillamente). Si quieres girar a la derecha, tienes dos formas de hacerlo;

Detener tu inercia (frenar), en parado encender el propulsor de la izquierda, y eso te llevará de lado, hacia la derecha con la nave como un bloque, sin reorientar la proa. Sin detener tu inercia, encender el propulsor de la izquierda, y según potencia e inercia, eso te llevará hacia la derecha en algún ángulo al entrar un nuevo vector de fuerza, pero lo que nunca va a pasar es que la nave gire 90º (ni de lejos), o haga una trayectoria curva como un submarino, ya que tiene una inercia para mantener su dirección que debe ser eliminada antes de dejar de ir hacia delante.

Asumo al hablar de impulsor lateral, que dichos impulsores están equilibrados y desplazan la nave como un bloque, por que si están hacia proa no moverán la nave hacia el lado opuesto, si no que la hiciesen girar sobre si misma. Y si estuviese hacia popa giraría hacia el propio lado del impulsor, que también puede ser útil. Y ya sería la caña, para poder girar a la derecha, tener que detenernos, activar impulsor derecho para que la proa gire a la izquierda, detenerlo, encender el izquierdo para contrarrestar el giro dejando la proa apuntado hacia donde queremos, y tener que volver a acelerar. Con estos sitemas, activar un impulsor lateral no nos haría girar al lado contrario, si no que seguiríamos en nuestro avance, pero girariamos sobre nuestro eje indefinidamente hasta que no anulemos esa fuerza de giro, mientras continuamos nuestro rumbo.

Imagino de hecho que las naves tendrán ambos tipos y los combinarán según necesidades de maniobra. Lo que parece obvio es que naves que viajan a velocidades tendentes o superiores a 100 Km/s, no van a tener impulsores laterales que permitan maniobras reales para la batalla, si no que serán mas bien correcciones de rumbo a largas distancias, nunca capacidad de ir girando hasta cambiar el rumbo.
Y hay que tener en cuenta al maniobrar, si nos queda capacidad para volver a acelerar, no sea que en la aceleración inicial hayamos gastado toda nuestra potencia, o nos sobre la justa para decelerar y llegar a nuestro destino, como para ponernos a gastarla haciendo movimientos fuera de ruta.
Podrá haber un margen de aceleración (notorio o extremo, en el caso de naves militares) para preveer salidas de ruta, pero si la materia de reacción basicamente se consume en la aceleración (y deceleración) creo que deberiamos ver las naves más como cohetes que como camiones. Incluso las naves militares que tengan potencia para moverse, van a tener los problemas de las fuerzas g para su tripulación si hiciesen maniobras bruscas, por mucha potencia que tengan.

En el caso de los cazas (por defecto pilotados por infomorfos o IAs) imagino que tendrán la potencia y los impulsores suficientes como para moverse de forma similar a nuestros cazas, lo que me lleva a pensar que un caza pilotado por un biomorfo está en clara desventaja por las aceleraciones y giros que no se puede permitir (mientras que los pilotados por informorfos o IAs ignoran ese problema). Veo un penalizador claro de -30 al luchar contra cazas infopilotados, y no más por que 30 es el modificador máximo, que si no, procede fijo.

4. Batallas

Por tanto si imaginamos batallas navales, no debemos imaginarlas con navios esquivando ni nada similar. Las naves de guerra se centrarán en la artillería de largo alcance, las contramedidas, la estructura y sellado de secciones en el casco, y la guerra electrónica e incluso informática.
La artillería es autoguiada (misiles buscadores), quizás proyectiles que liberen nanobots o sustancias sobre el blanco para conseguir algún efecto, e imagino que la tasa de blancos errados será muy baja.

El manual ya nos dice que es narrativo, y que las batallas son rápidas y cruentas. La batalla mas famosa quizás sea la de Júpiter durante la Caída, "la batalla de los 17 minutos", (USA contra Rusia y China) llamada así por que en 17 minutos solo quedaban el 12%, y a partir de esa primera oleada, ya fue todo rematar hasta las 6 horas, cuando ya solo quedaban el 5% y se aceptó la rendición.
Seguro que esto es un record de brevedad, pero sirva como ejemplo de que las batallas navales en EP no son como en otros trasfondo. También el master tendrá que vigilar principios físicos que se obvian en ambientaciones menos científicas, que me vengan a la cabeza;

  • Las explosiones podrían darse en el vacio, (p.ej explosiones de tanques de oxígeno que almacenan toneladas de oxígeno a presión mezclado con algo que combustione) pero serán breves, el gas se disipa en el vacio, pierde coherencia y se extingue.
  • Mas dificil es que una nave tenga en el vacio una brecha que exhale llama, pues implicaría que el oxígeno está saliendo por ella, lo cual significa que no es una sección precisamente pequeña la que se ha sellado para contener esa brecha, y que además está habiendo pérdida también de otro material necesario para crear llama (el combustible). Supongo que será raro, pero muy festejable ver que la nave a la que disparas tiene una llama en su casco, por que implicará que pierden oxígeno (y algún combustible) como cabrones. :-)
  • Y de existir llama saliendo del caso, no sería la clásica forma hacia arriba que la presión atmosférica y la gravedad dán a una llama, si no que sería una llama esférica. El fuego en Cero-g (nos lo recuerda el manual) flota en forma esferica mientras los gases se mantengan coherentes, coherencia que perderían enseguida, pero que supuestamente el constante flujo de combustible y comburente (oxígeno) estarían manteniendo. 
  • También pueden ser interesantes exclusas de oxígeno como sistema antiincendios. No todo es una brecha en el casco por el que sale fuego, teniendo que sellar secciones del casco (lo mas pequeñas posibles) hasta que el oxígeno se consuma para apagar la llama. Mas normal podría ser un fuego en el interior, teniendo que sellar la zona, y pudiendo ser una forma  de apagarlo abrir una exclusa para que el oxígeno salga, y una vez muerto el fuego, volver a cerrar la exclusa y reabrir la zona, o inyectarla mas oxígeno. 
  • Como sistema de seguridad contra brechas, en la medida de lo posible tendría que haber tan frecuentemente como sea posible (teniendo en cuenta los compartimentos de sellado) equipos de parcheo ("silicona", o placas) en previsión de que se abra brecha y deba ser sellada.
  • Otra opción, sería que en "zafarrancho de combate", la tripulación se vista con trajes espaciales, y el oxígeno se absorva de vuelta a contenedores, para evitar problemas de descompresión. Evitas la necesidad de zonas selladas, al menos para descompresiones bajo ataque. 
  • Las batallas navales (cualquier encuentro) según la ruta calculada de las naves para llegar, pueden tener lugar en cualquier posición posible en un espacio tridimensional; si dos naves se cruzan frente a frente, o es casualidad, o es que las naves quieren posicionarse así, lo mas normal son naves que se cruzan con una "dada la vuelta", o "subiendo hacia arriba", una que "viene de lado", o cualquier forma posible. Los ángulo de tiro, y las posiciones de la artillería serían decisivos en un encuentro (Y la primera razón para maniobrar)
  • Basandome en el armamento de los cazas, imagino que las naves de combate usarán misiles buscadores, cañones de riel a escala naval, y armas de energia. Proyectiles nucleares o de antimatería son citados como posible munición también. EP dice que en el vacio tanto las armas de energía como las convencionales aumentan su alcance hasta la línea de visión, pero otra cosa es cuanto tarden en alcanzar el blanco según qué distancias, por lo que narrativamente serán más rápidas las de energia en alcanzar largas distancias, y sabemos que los láseres incluso a largas distancias mantendrán su haz concentrado, precisamente por que su alcance es línea de visión según reglamento.
  • Asumo que los puntos de artillería de las armas de energía tienen alguna pantalla o similar para ver la propia energía que están disparando (si hay para los ojos, tiene que haber pantallas), acorde a la regla que dice que los disparos de energía son invisibles. Y asumo lo mismo para el visor del puente de mando.
  • El alcance de los sensores de las naves es clave. (Además de narrativo, como poco los 5000 Km del equipo personal del manual). Una nave podría ser destruída por los láseres (o proyectíles) de otra sin darse cuenta de que estaba bajo ataque. Aunque los disparos de los cañones riel de su enemiga sean detectados, incluso podría pasar (especialmente para una nave civil) que la nave objetivo no pudiese maniobra para cambiar su trayectoria y solo pueda anticipar el impacto, según distancias y velocidades. 
  • El radar y los detectores de infrarrojos siguen siendo los principales métodos para detectar naves espaciales en EP. Disminuir la sección de radar y el calor emitido sigue teniendo sentido como tecnología furtiva para trajes personales y pequeños vehículos, pero una nave de exploración está al limite del tamaño de lo que se puede ocultar, siendo imposible ocultar naves mayores. Incluso los vehículos furtivos pueden seguir siendo detectados visualmente o por ladar, pero es un problema menor.
  • Aunque el manual no lo dice, y el silencio se puede leer como negativa ya que para otras naves si lo explicita, parece que en la mente de PS, las naves civiles si pueden ir armadas. En el foro de EP Jack Graham ha comentado que "varía dependiendo de dónde te encuentres. Si estás en una zona bien transitada, unos pocos millones de kilómetros de Marte o Titán, muchas naves están desarmadas debido a la presencia vigilante de las fuerzas militares. (Y quizás los transportes de auténtico gran valor). Si estás más lejos, o en una zona peligrosa, todo el mundo está armado. Organizaciones políticas anarquistas fomentan estar armado como medida de seguridad colectiva. En cuanto al armamento que llevan, aunque no las detallamos, presumiblemente habrá versiones navales de todas las armas descritas en el manual (con VD y PA correspondientes)".
  • Una idea a plantearse es el control remoto. En el foro de EP (que por muy oficial que sea esas voces no valen mas que cualquiera, y ni siquiera es una postura unánime como comunidad), me han dicho que hace tiempo llegaron a la conclusión de que las naves serían tripuladas por control remoto sin pasajeros, pero eso no se apoya en nada de lo que hay publicado para EP. No obstante, y especialmente para cercanías, un transporte controlado remotamente es una idea a explorar. 
  • Otra idea es que las naves que desplieguen cazas, desplieguen en su lugar drones controlados remotamente (quizás una alternativa para naves civiles), o que un transhumano tome a través de la malla el control de drones (Profesión: [Operador de drones]) que cuando no "toma él los mandos", es pilotado por una IA.
  • Si los pasajeros y/o tripulación son muchos (un ferry) tiene sentido introducir personal de seguridad, pero el concepto de poner soldados para proteger una nave es absurdo si tu oponente no se va a acercar a menos de 1.000 Km (imaginemos, alcances narrativos). Para casos de abordaje, supongo que las ¿dos? tripulaciones (3 turnos de 8h) fuera de turno son avisadas y despertadas para luchar.
  • Con las distancias/velocidades que EP maneja, no es viable cápsulas de salvamento (y menos al estilo Star Wars). En su lugar las naves de EP usan burbujas de emergencia, las cuales me llama la atención que soportan hasta -175ºC, pudiendo estar mas frio el vacio en el que tienen que servir como refugio.
  • Si hay problemas de supervivencia, podemos considerar que un biomorfo respira unos 5 o 6 litros por minuto, 7.200 a 8.600 litros al día, y cada día aporta unos 1.100 litros de CO2
  • Y como curiosidad (lógica, pero a menudo obviable), si una nave no acelera, y una persona agarrada a ella se soltase, no quedaría atrás, si no que mantendría la misma velocidad que la nave llevaba. Por si alguien intenta abordar, o yo que sé.

En resumen, que PS puede sacar un suplemento solo para naves si quisieran que dejase de ser narrativo.


5. Gravedad

Sacar partido a la gravedad simulada por aceleración es peliagudo. Con el motor acelerando, la gravedad simulada en nuestra nave va a tener sentido contrario al avance de la nave. Es decir, que si avanzamos "de frente", sentados en una silla, y por lo que sea nos cayesemos, nos "caeríamos hacia atrás" (no hacia abajo al suelo que pisamos, como en un planeta) estando la gravedad en la pared que antes estaba a nuestra espalda, y ahora al habernos comido la caída de la distancia (altura) que sea, es nuestro suelo, debiendo para llegar al asiento escalar la pared que antes sentados a los mandos pisabamos como nuestro suelo.
El propio piloto se sentiría tumbado en su asiento (la gravedad está a su espalda, no bajo él), con los pies hacia arriba, observando como avanza la nave "hacia arriba" a su destino.
Además, la gravedad que simulemos tiene que ser soportable, según lo que hablabamos de la aceleración.
Le he estado dando vueltas a como aprovechar la gravedad simulada por aceleración y no veo forma de sacarle partido. Es mas complicado que "acelerando tenemos gravedad, al dejar de acelerar no"

No entro en cambios de trayectoria, que es jaleo aparte.

Llego a la conclusión de que no es viable aprovechar la gravedad por aceleración (el manual ya dice que las naves son Cero-G). Puede tener sentido en pequeñas capsulas que aceleren "de lado" (como el Esclavo-1) con visor para ver hacia donde se dirigen "en el techo" pero para naves, no veo forma de sacarle partido.

Igualmente, el viejo sistema de simular gravedad por rotación no sé tampoco como se comportaría mientras haya aceleración, pero hasta donde entiendo, me parece que mal. Supongo que es un sistema útil para cuando la nave avance sin aceleración, no compatible con la aceleración. Ya hablamos de la fórmula que nos permite describir fielmente tamaño y rotaciones para simular 1g.



Por mucho que la fuerza centrífuga te expulse fuera del giro, simulando gravedad, si actua una aceleración x (asumiré 1g, EP no habla de la aceleración de las naves), o coincide en el mismo sentido, con lo que la gravedad se dobla, o coincide en el contrario, con lo que se anulan, o supongo que habrá puntos intermedios donde la sensación de gravedad fluctue.
Lo siento Dave, pero me temo que las dimensiones del disco no son correctas
Todo esto asumiendo una relación 1:1 entre aceleración y fuerza centrífuga. Cuanto mayor sea la aceleración (imagino que las naves de EP aceleran mucho), mas se comerá a la fuerza centrífuga. Por esto es que digo que esta solución la veo para la ausencia de aceleración (Que supongo que será la mayor parte del tiempo, y en este aspecto es una matización menor).
Pero de esto, EP no dice nada cuando habla de habitaciones rotatorias en los cruceros ni cuando se habla de la transición entre zonas Cero-G y la zona de rotación. Cuando EP habla de salas rotatorias en los cruceros, sí las acota a la gravedad marciana, por su tamaño (y es que es necesario un diametro de 446 metros para lograr 1g, y se ve que es grande para una nave)

6. Todo mentira

Porsupuesto esto es inexacto hasta caer en lo falso, el movimiento tridimensional entre planetas queda dentro del movimiento parabólico, complicándose los cálculos más de lo debido (obviamente en mi opinión) para un JdR, simplemente baste ver que las órbitas de los planetas tienen inclinación respecto a un eje, no están todas al mismo nivel.

Sobre esto, lo que no es argumento es decir que un viaje mas allá del cinturón de asteroides (frontera que separa el sistema interior del exterior) necesita por seguridad atravesarlo "por encima o por debajo" para ser seguro.
En el mundo real, creo que vamos mas de 10 sondas que lo han atravesado sin que ninguna se ostie, es mas, una parte de ellas lo atraviesan sin ver asteroides, lo cual choca bastante con la imaginería a lo Imperio Contraataca de ir esquivando asteroides. La separación entre asteroides es un asunto del que ya hablé.

Ya simplemente al hablar de duraciones de viajes, distancias y velocidad, partimos de lo "incalculable" que es, para una distancia D, tener que valorar si te compensa aumentar D, para acercarte p.ej a Jupiter y hacer una maniobra de aceleración asistida, que acabe compensandote esa distancia extra. 
Es decir, de A a B el viaje por tabla, dura 35 días, y eso es lo que dura, pero si entrasemos a analizar el viaje, quizás viesemos que la duración del viaje debiera ser 40, pero que desviándonos hacia Jupiter podemos acabar acelerando hasta no solo recuperar el tiempo perdido, si no reduciendo la duración del viaje por tener una velocidad mayor. (hasta 43 Km más en cada segundo, ojo). 

Es tan inexacto que es falso, en un caso así considerar simplistamente que, como la distancia entre A y B es D, y la duración ha sido 35, la velocidad media ha sido V, y por tanto la nave se ha movido a velocidad V durante el viaje, cuando realmente la distancia que hemos recorrido habrá sido mayor a D, a una velocidad Va1, para luego acelerar por Jupiter a Va2, llegando efectivamente en 35 a nuestro destino (lo único que acaba siendo cierto), con una velocidad media VaF que será superior a V (obviamente, o no recortarías la duración del viaje, ni aunque no hubieses hecho un desvio para acelerar), pero que desde luego no va a tener nada que ver con dividir la distancia D, entre la duración del viaje. 



2 comentarios:

  1. la solución más normal en la ci fi es naves que estánadaptadas al 0G y a las g de aceleración. Un pasillo longitudinal en 0g se transforma en un conducto de subida o bajada, por ejemplo.

    en este libro describen una: https://sideravisus.wordpress.com/2013/01/24/el-refugio-aguilera-juan-miguel-y-redal-javier/

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    1. Una pena que la entrada no estracte la descripción de esa nave, la verdad

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