Scudi di Forza - Analisi e soluzione

Eccoci ritornati in una dei miei mini saggi su qualcosa di fantascientifico. Dopo le power armor ed il soldato del futuro, ora arriveremo a parlare di una cosa che ho sempre trovato affascinante eppure sembra fatta completamente a caso: i campi di forza.


Ringraziamento a siti come Atomic Rockets per essere delle enciclopedie su tutto quello che c'è da sapere sulla fantascienza più scientifica possibile


I campi di forza nella fantascienza sono sempre stati qualcosa di magico, in grado di rendere la battaglie nello spazio interessanti visto che in questo modo si doveva prima bypassare gli scudi di una nave per poterla danneggiare ed allo stesso modo rendeva eventuali combattenti a terra dove gli eroi con gli scudi potevano durare un po' di più e non c'era bisogno di coprirli dalla testa ad i piedi con armature varie.

Ovviamente ogni universo creato implementa la sua versione di scudi. C'è chi li descrive in modo semplice e schietto, chi prova a dare spiegazioni complesse che però hanno poco senso fisico e così via, ognuno con il suo stile particolare.

In Star Trek quando vengono colpiti gli scudi, la nave stessa trema e tutti si buttano a destra ed a sinitra per simulare l'impatto (in modo molto comico ma che fa tenerezza). In altri universi, come nella fotazza di Halo sopra, lo scudo è ben visibile ed i colpi che lo impattano non hanno ripercussioni all'interno.

Quindi la domanda da porsi è la seguente: cosa diavolo è uno scudo di forza?

Sappiamo tutti cosa fanno: fermano proiettili e/o laser. Ma come lo fanno? Di cosa sono fatti? Perché? Why?

Lo so, sono domande fondamentalmente inutili, ma sono un Ingegnere ed un Nerd, quindi queste domande fanno parte di me oramai. Ed anche il cercare di trovare delle risposte.

Una delle parole che vengono buttate in giro quando si parla di scudi di forza è "è un campo di forza". Effettivamente, il termine campo di forza e scudo di forza o gli equivalenti inglesi forcefield e forceshield o semplicemente shield sono spesso intercambiabili.


Ma in realtà gli scudi non si comportano manco per il cazzo come un campo di forze.
Questo è un problema tipico di molti prodotti fantascientifici: usano termini comunemente usati nella scienza per indicare un certo fenomeno, solo per poi deviare completamente dalla realtà e quindi si creano queste discrepanze che i cacacazzo vanno a individuare.

Un campo di forze cozza con due elementi classici degli scudi di forza. Il primo è il loro modo di comportarsi riguardo a come agiscono sul mondo esterno. Un campo di forza elettromagnetico o gravitazionale agisce su un oggetto con una forza variabile sulla distanza.

Così recita la formula del campo gravitazionale. La sua intensità varia con il quadrato della distanza dal punto di origine, ma gli scudi di forza sono invece dei muri veri e propri, visto che non producono un effetto graduale, ma uno netto e secco. Un proiettile che viaggia contro una nave spaziale non rallenta gradualmente ma si abbatte semplicemente sullo scudo.

Un altro elemento tipico degli scudi di forza è la presenza di un fattore di carica o di resistenza che si riduce dopo ogni impatto. "Gli scudi sono al 50%!!" Spesso ci sentiamo dire in film o videogiochi. Provate a giocherellare con campi elettromagnetici come quelli di un'elettrocalamita.... non hanno un fattore di carica. Esistono nel loro stato e basta.
A questo si collega anche il concetto di consumo di energia. Gli scudi pensati come campi di forza spesso richiedono alta energia solo per essere mantenuti accesi......
Ricordiamo che un campo "consuma energia" solo quando compie lavoro, quindi quando muove/ferma qualcosa. Prendendo quindi i campi di forza delle astronavi, una volta accesi non consumerebbero chissà che cosa e andrebbero a chiedere energia ai motori della nave solo quando vengono effettivamente colpiti. Questo errore si traspone anche nei campi di gravità artificiale sulle astronavi, ai quali spesso è attribuita un'energia mostruosa  per poter rimanere in funzione, quando in realtà compiono un lavoro nullo, siccome i corpi delle persone sono a contatto col pavimento e non si spostano, esattamente come quando noi stiamo qui sulla Terra.

Quindi campo di forza non è, quindi non chiamatelo in questo modo!

Ora, parliamoci chiaro: uno scudo dovrebbe funzionare nel modo più consono per creare una storia interessante e dare un certo tatticismo alle battaglie, oppure fornire un livello di protezione extra al giocatore per poter rimediare velocemente ad errori  nel caso di un videogame per esempio, quindi l'esatta fisica dietro non è l'interesse primario. Ma chi mi dice che una cosa non può essere funzionale e cercare di essere anche coerente con se stessa e con l'universo che si sta creando?


Un modello molto interessante è quello proposto da Leonard Erickson, che parla di gestire gli scudi di forza usando l'equazione dei gas perfetti opportunamente rielaborata.

P*V = k* E, con P per pressione V per volume, E come energia e k una costante. In questo modo si dovrebbe ragionare non in termini energetici per quantificare "quanto mi serve per fermare un proiettile", ma in termini pressorici ed un campo del genere non consuma energia una volta attivato (L'E indica quanta energia serve per attivarlo ma assolutamente non per mantenerlo, quello è gratis) e quando viene perforato non subisce danni, ma semplicemente assorbe parte dell'impatto.

Semplice ed efficace.

Io però ho la mia teoria complicaterrima multistrato, che ho usato nel mio universo sci-fi Emunah e che credo possa essere superiore e soprattutto è funzionale da realizzare in ambito gaming, visto che Emunah è un universo per il gioco di ruolo di GURPS.

Qui sotto, spiegato il suo funzionamento, dall'ottica degli umani sprovvisti di tale tecnologia:

Studio meccanismo scudi di forza esibiti dagli alieni durante l’incidente di Endor (si lo so Endor è un pianeta di Star Wars, ma se si chiama così c'è un perché, fidatevi) nel 2216  e dell’assalto sulla Terra nel 2220.

<< Il sistema di protezione più usato dagli alieni non è rappresentato da pesanti corazze, ma da quello che sembrano essere degli "scudi di forza". Questi sistemi riescono a fermare i proiettili delle nostre armi, fino a quando non raggiungono un punto critico di funzionamento oltre il quale è possibile penetrarli e colpire il nemico direttamente.

Quello che può sembrare ad un osservatore esterno come uno strumento magico, in realtà rivela un sistema molto complesso, non dissimile ai nostri sistemi di distorsione spazio tempo per il viaggio FTL.

In realtà l’utilizzatore, sia esso un soldato a piedi, un veicolo o un’astronave nello spazio, è equipaggiato con un’armatura in grado di generare un doppio campo: elettromagnetico e gravitazionale. Questo è tarato al solo scopo di mantenere in sospensione intorno all'utilizzatore un pulviscolo invisibile ad occhio nudo, a meno che non sia ammassato in un unico punto, di materia esotica.

Questo pulviscolo reagisce a determinati impulsi elettro-gravitrazionali per poter alterare lo spaziotempo intorno all’utilizzatore.  Questo causa le leggere interferenze ai segnali radio ed ai sistemi di individuazione radar ed a distorsione di spaziotempo quando cerchiamo di individuare truppe o mezzi alieni.

Il campo di contenimento è multistrato. Il layer più esterno agisce come barriera di contenimento esterna per le particelle e come sensore per l’attivazione del sistema di protezione.

In realtà l’esatto trigger è determinato da un insieme di fattori, in quanto abbiamo potuto notare come le tute ed armature indossate dagli alieni contengono all'interno una suite di sensori di scansione per l’ambiente circostante molto complessi, addirittura esagerati per una semplice osservazione del mondo circostante, quindi presumiamo che aiutino a migliorare il criterio di funzionamento degli scudi.

Questi scudi funzionano in 2 modi diversi.

Quando vengono colpiti da elementi con una massa e che viaggiano entro un certo range di velocità, il sistema rilascia un impulso che attiva queste particelle e viene prelevata energia da una batteria o generatore.

Quando si tratta di proiettili fisici, questi si ritrovano a perdere la loro energia cinetica.  Le particelle esotiche una volta attivate eliminano quasi totalmente l’inerzia del proiettile stesso, probabilmente sfruttando uno scambio inerziale con lo ZPE, ed attraverso il campo viene applicata una forza in direzione opposta, andando quindi a decelerare il proiettile con pochissimo dispendio energetico. Questo effetto si traduce il modo visivo con un flash accompagnato da un effetto di distorsione spaziale intorno all'area attiva.

Non sempre il proiettile viene fermato, ma spesso viene rallentato abbastanza affinché perda il potere penetrativo contro la corazza aliena. Qualora il proiettile abbia ancora una velocità residua, riacquista la massa inerziale che aveva perso in entrata, mantenendo però la variazione di velocità.

In questo processo le particelle vengono consumate e devono essere rimpinguate, quindi esistono due modi per superare lo scoglio dello scudo.

Il primo consiste nel far esaurire le particelle attive, il secondo quello di far esaurire la carica della batteria.

Il metodo migliore consiste nel combinare le due tattiche. Sparando un numero elevato di proiettili, anche di bassa letalità, entro un’area ristretta, riduce il numero di particelle in quell'area. Se si attacca immediatamente dopo con un singolo colpo ad alta velocità, come può essere un colpo di railgun, questo vedrà un effetto di riduzione dell’inerzia molto inferiore e pertanto il campo dovrà usare molta più energia per fermarlo, oppure l’impulso della forza risulta essere così debole da non frenare del tutto il proiettile, che continua la sua corsa oltre lo scudo mantenendo letalità.

Le armature aliene sono costruite apposta per disperdere radiazioni elettromagnetiche e calore quindi si aspettano di essere colpiti da armi laser in primis.

Questo perché quando vengono colpiti da un laser, lo scudo agisce in modo diverso: le particelle esotiche recuperate sul campo sono in grado di assorbire parte dell'energia dei laser che viene usata per distruggere i loro legami atomici. Questo processo di difesa è molto inefficace e varia da arma laser ad arma laser. Abbiamo notato come non tutte le particelle esotiche siano uguali tra di loro ma presentino delle variazioni nei loro legami e struttura apposta per assorbire determinati tipi di laser. È plausibile ipotizzare vista la resistenza variabile nel tempo degli scudi ai vari tipi di laser, che il sistema di controllo dello scudo rilasci e sposti le particelle nel modo più opportuno per contrattaccare determinati tipi specifici di laser. Anche in questo caso, fuoco di saturazione porterà alla distruzione della maggior parte delle particelle, così da poter arrecare la maggior parte del danno direttamente all'armatura. >>

Che ne pensate? Uno scudo che non consuma energia quando è attivo ma solo quando deve muovere le particelle in giro o respingere i proiettili, in grado di essere ri-direzionato per fortificarsi in determinate condizioni e che supporta il concetto del scudo al 50%, indicando che è stata consumato il 50% del materiale esotico.

Si effettivamente è un po' troppo complesso, visto che funziona a stadi, per un qualcosa più semplice, il sistema dei gas perfetti rimane effettivamente l'alternativa migliore, senza dover neanche usare mumbo-jumbo pseudo scientifico come faccio io.

Ah si, tutto lo scambio inerziale con lo ZPE l'ho preso dritto da un resoconto della NASA, dove si accennano teorie che dicono che l'inerzia e la gravità non sono altro che "illusioni" pur sempre di natura elettrica, quindi ho semplicemente preso in prestito l'idea, fatta vera nel mio universo così che inerzia e gravità siano manipolabili con accrocchi elettrici. Detta molto alla fuffa, sia chiaro.

Stay Classy, Internet.