Три красных точки смерти

Знаете ли вы, что если залепить лазерный прицел хищника жвачкой, то он может нечаянно выстрелить плазмомётом себе в голову?


Если видишь три красные точки, жди неприятностей!

Хищник навёл лазерный прицел на Мака.

Тройной красный луч, рассекающий воздух — один из самых узнаваемых аттрибутов инопланетного охотника под псевдонимом «Хищник». Тандем наплечной плазменной пушки и лазерного прицела, встроенного в шлем — более эффектного оружия не было ещё ни у одного пришельца с дредами в истории кино.

Однако, пытливый зритель может задаться вопросом: «А зачем, собственно, хищнику лазерный прицел

Лазерные прицелы имеют смысл, скажем, при штурме зданий: когда надо отстреливать резко выскакивающие цели с близкого и среднего расстояния, часто в движении и в полумраке. Удобно: просто нажимаешь курок, когда видишь на противнике красную точку — и не надо каждый раз смотреть через мушку.

Но вот представить охотника с лазерным прицелом не получается. Во-первых, он ему просто не нужен: охотник всегда стреляет по хорошо видимой цели из удобного положения — ничто не мешает ему целиться по-старинке. Во-вторых, с расстояния больше 50 метров точку от лазера вообще не видно. В-третьих, лазером можно «спалить» свою позицию и спугнуть жертву.

А хищники вроде в ОМОН не записывались. Неужели продвинутая инопланетная цивилизация не понимает очевидных вещей?

Так кажется до тех пор, пока не поймёшь, что лазерный прицел хищника — это не элемент удобства, а техническая необходимость, без которой наплечная пушка не будет в принципе наводиться на цель.

Q: Как так?

Если посмотреть на людской огнестрел, то можно заметить, что прицел/мушка всегда располагается прямо над стволом:

У огнестрельного оружия линии прицеливания и стрельбы практически совпадают.

Поскольку линия прицеливания и дуло располагаются вплотную друг к другу, для такого оружия действует принцип «куда смотрит прицел — там окажется и пуля».

Но вот с хищником этот принцип не работает:

Поскольку пушка расположена далеко от головы, линия стрельбы сильно не совпадает в линией прицеливания.

Поскольку плазменная пушка установлена далеко от головы (а целится он шлемом), то если они будут направлены в одну сторону, кусок плазмы прилетит мягко говоря не туда, куда надо.

Чтобы пушка попадала в цель, нужно, чтобы она была повёрнута под углом к направлению взгляда — так, чтобы линии прицеливания и стрельбы сходились в одной точке:

Чтобы линии стрельбы и прицеливания сходились в одной точке, пушка должна быть направлена под углом к линии прицеливания.

Но как определить точное значение этого угла — ведь повернись пушка хоть на градус сильнее чем надо, и плазма прилетит в мишень соседа.

По сути, вся система «прицел-пушка-цель» — это большой треугольник, а определение угла поворота пушки — это задача, известная из школьной геометрии под нехитрым названием «решение треугольников»:

Чтобы правильно наводить пушку, хищник должен решать треугольник с известными данными.

Нам нужно определить угол α. Положим, что угол поворота головы (γ) и расстояние от пушки до прицела (b) нам известны: видимо, в шлеме хищника стоят гироскопы, которые определяют положение головы в пространстве и отправляют эту инфу в систему наводки. Вот только для решения треугольника данных маловато: чтобы синусы с косинусами затащили, нужна ещё и сторона a — в противном случае уравнение не будет иметь однозначного решения.

То же самое, но другими словами: чтобы попадать в цель, хищник должен подбирать разный угол поворота пушки в зависимости от расстояния до цели, даже если направление до неё будет неизменным.

При изменении расстояния до цели, пушка должна корректировать угол поворота.

Направление к цели не меняется вообще — изменяется только расстояние.

Полагаю, вы уже догадались, зачем на самом деле нужен лазер — это не прицел, а дальномер, необходимый для корректной работы системы наводки плазменной пушки.

Немного о лазерных дальномерах

Полагаю, все знакомы с такими приборчиками: часто используются в строительстве, изготовлении мебели и других областях. Направил лазер на стену — узнал расстояние до стены. Удобно: технологии инопланетных охотников, как-никак.

Лазерный дальномер.

Работает эта приблуда следующим образом: испускаемый устройством лазерный луч достигает цели, отражается от её поверхности, возвращается обратно в устройство, анализируется, и в итоге определяется расстояние.

Q: То есть, устройство замеряет время, которое затрачивает луч, чтобы вернуться туда и обратно, и по этим данным вычисляет расстояние?

Не совсем. Лазерные дальномеры вычисляют расстояние по так называемой разности фаз: фишка в том, что при отражении от поверхности электромагнитная волна как бы смещается вбок, и по величине этого смещения можно определить расстояние до предмета:

В зависимости от расстояния до объекта, разность фаз между испускаемым и отражённым излучением будет отличаться.

Испускаемые волны показаны красным, а отражённые — фиолетовым. Как можете видеть, отражённые волны смещены по отношению к испускаемым, причём величина смещения будет разной для разных расстояний до объекта. Так, можно определять расстояние, если знать, какая разность фаз какому расстоянию соответствует.

При этом, устройство умеет определять только разность фаз: оно понятия не имеет, сколько полных колебаний успела совершить волна, прежде чем отразиться и вернуться обратно. Поэтому возможны такие казусы:

Разность фаз совпадает - а значит, по мнению устройства, расстояние до объекта в обоих случаях одинаково.

Разность фаз и там и там абсолютно одинаковая — а значит, по мнению устройства, расстояние до объектов тоже одинаковое.

Решается такая неоднозначность следующим образом: сначала светим на объект одной длиной волны, а потом другой:

Два разных расстояния могут возвращать одинаковую разность фаз, но маловероятно, что они будут возвращать одинаковую разность фаз для двух разных волн.

Оба расстояния возвращают одинаковую разность фаз, но при использовании другой длины волны неоднозначность разрешается.

Представьте себе задачу: вам нужно угадать двухзначное число, которое делится на 3 с остатком 1. Скорее всего вы не угадаете: это может быть и 10, и 13, и 16 — вариантов слишком много. С другой стороны, если бы вам дали ещё одну подсказку: оно не только делится на 3 с остатком 1, но ещё и на 5 без остатка — то сразу стало бы легче (таких чисел всего шесть: 10, 25, 40, 55, 70 и 85). И наконец, вам дают последнюю подсказку: оно делится на 11 с остатком 3 — и вы приходите к единственному варианту, который подходит под заданные критерии.

Точно так же и с определением расстояния с помощью лазера: известная разность фаз для одной длины волны может соответствовать куче разных расстояний, для двух длин волн — вариантов уже меньше, для трёх — ещё меньше. И таким образом, если перебрать достаточное количество разных длин волн, можно прийти к единственному подходящему варианту — реальному расстоянию от устройства до отражающего объекта. Чисто методом исключения.

Единственный момент: менять длину волны света, излучаемого лазером, невозможно в принципе. Это связано с особенностями устройства лазеров: если вы купили лазерную указку с длиной волны 580 нм, то эта величина не поменяется никак.

Чтобы обойти это ограничение, инженеры — и людские, и «хищниковские» — пошли на хитрость: амплитудную модуляцию электромагнитного излучения. Это когда амплитуда (т.е. высота гребней) одной электромагнитной волны меняется по подобию другой волны: в результате, одна волна оказывается как бы «упакованной» внутрь другой.

Амплитудное модулирование - когда одна волна оказывается вложенной внутрь другой.

Зелёная волна на рисунке, строго говоря, волной не является: это иллюзия, создаваемая тем, что гребни красной волны ритмично прыгают вниз-вверх. И тем не менее, при отражении от объектов с этими ложными волнами происходит то же самое, что и с настоящими — их фаза смещается.

И уж длину «ложных» волн можно менять как угодно, потому что длина реальной волны будет оставаться неизменной.

Таким образом, лазерный прицел хищника только кажется обычной лазерной указкой: в действительности, каждую миллисекунду он испускает сотни, а то и тысячи разных модулированных волн, перебирая их одну за другой, что позволяет системе наводки моментально получать информацию о расстоянии до цели.

Любопытная гипотеза: вероятно, лазер хищника является тройным для того, чтобы определять расстояние в три раза быстрее и точнее: три испускателя независимо друг от друга перебирают разные длины волн, после чего сверяют друг с другом показания.

Что дальше

Дальше вычисленная дальность отправляется в процессор, где с помощью неё и информации из гироскопов в шлеме рассчитывается угол поворота пушки — и можно бабахать. Причём все эти рассчёты производятся моментально и в реальном времени.

 

Прицеливание хищника в реальном времени.

Так что если вы снова услышите, что, мол «нахрен нас в школе учат этой геометрии — как это говно пригодится нам в жизни?», вы будете знать что ответить: «Для того, чтобы отстреливать плазмой супостатов».

Q: В одной из сцен хищник стрелял без лазерной наводки.

Стрелял. И ни разу не попал.

Q: Меня смущает, что лазерный прицел расположен где-то сбоку шлема — это получается, что хищник будет смотреть на цель впереди себя, а наводить пушку куда-то вбок?

На самом деле, лазер расположен очень близко к глазам — не судите по моим анимациям с видом сверху, их рисовало криворукое существо. Посмотрите лучше на это:

Как видите, смещение минимально, а при стрельбе с большого расстояния (от двух метров хотя бы) разницы вообще заметно не будет.

Q: Как он управляет пушкой?

Осмелюсь предположить, что он управляет ей с помощью своих жвал: нажимает на кнопки, расположенные изнутри шлема. Кстати, любопытный пример манипулятивного органа.

Q: Меня хочет убить хищник. Что мне делать?

У системы наводки хищника есть несколько недостатков. Например, невозможна наводка на объекты, которые поглощают свет — поэтому, если одеться во всё черное, то его наплечная пушка не сможет в вас прицелиться, потому что излучение лазера просто не будет возвращаться обратно к хищнику для обработки.

Только пожалуйста, не в чёрную поддергайку с Черкизона, а в костюм из специальной, светопоглощающей ткани, которая поглощает до 99% излучения всех спектров. А то хищники всё-таки тоже не дураки.

Далее, стрельба по зеркальным объектам. Трудно даже вообразить, как взбесится его плазменная пушка, окажись хищник в комнате кривых зеркал.

Ну и если вдруг дело дойдёт до ближнего боя, можете попробовать залепить ему лазер жвачкой.


Рекомендуемое чтиво:

Статья про одних из злейших врагов хищников

Напишите, что вы думаете:

avatar
  Подписаться на обновления  
Оповещать о