向大家推荐一篇好文章

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:28

向大家推荐一篇好文章——《太空航行与作战技术导论》
这是一篇很出名的科普文章，它涉及到了大量物理及化学的知识，用科学向我们展示了一幅未来的画卷。

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[ 本帖最后由俾斯麦于 2008-9-13 17:50 编辑 ]

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:30

太空航行与作战技术导论

卷一太空航行导论第一节太空航行器推进技术

任何离开地表进入太空，以及在太空航行的人造飞行体，其最根本的就是它的推进系统。没有它统其它的一切都不用提了，因此推进系统就是太空船的心脏。不同的太空船推进系统将会直接影响太空航行的型态。而所有推进系统的原理都是植基于物理学上动量守恒定律，简单来说就是出于以下几个原因：

一、所有推进系统都是使用根据牛顿第三运动定律的反作用力效果来使航行器前进。在地球上，主要是以外界的物质来作为获得反作用力的对象。比如陆地上用脚，或用轮子的摩擦力来产生反作用力，水面船舰用种种方法拨动海水以来获得反作用力使船舰前进，飞机则是以螺旋桨或喷射引擎等拨动空气来获得反作用力。就太空船而言则是由喷射气体或是由外界提供动能来获得反作用力而能前进。

二、在太空环境中的阻力为零。根据牛顿第一运动定律，任何速度不为零的物体必基于惯性而等速前进。因此在理论上任何太空航行器的航程均为无限大，这点由历年来发射的外太阳系行星探测船可以得知。航海家号以及先锋号都已经离开太阳系了，这些无人探测船都会以数十亿年的时间来向距离挑战。而载人的太空航行器受限于携带的空气，水与食物数量以及人类的寿命长度而导致巡航时间受到限制，因而会出现存在某个行动半径限制的续航力有限的情形。而在这种情况下，能在相同的时间内增大行动半径的唯一选择就只有增加巡航速度这个方法。

三、同样是由于太空中没有阻力这个原因，当我们想要减慢或停止太空船的运动的时候，必须要消耗携带的燃料来抵销原本的前进速度。这是导致太空航行器与地球圈内的航行器的运动形式差异的最重要的原因。地球上的航行器由于具有大气与水的阻力因素，因而只要把推进系统关闭，航行器速度自然会降为零。因此在大气圈内，燃料的消耗主要是用来对抗阻力以维持速度，同时其阻力亦限制了可以达到的速度上限。但在太空中没有阻力，或者严格来说，阻力趋近于零。因此关闭推进系统不会减低航行器速度，想要停止唯有消耗燃料作反向喷射，这造成了较大气圈内行行更大的燃料消耗量。另外必须注意的是这种情形也适用于太空船的姿态修正与小规模的轨道修正时的小规模运动中。

虽然原理相同，但是应用的方法则有一些差别。想以反作用力前进基本上有三个方法，推进系统也因此三种方法的差别因而可以分成三种形式。第一种推进形式是将自己的一部份质量往后抛掷，如此自然可以使剩下来的部分获得反作用力而前进。这种形式一般被称为火箭式推进系统，最有名的例子就是登月用的巨大火箭农神五号。

第二种推进形式则是拨动加速外界的流质藉此获得反作用力，简单的例子就是各式飞机与船舰，这些都是拨动空气与海水等流质前进。基本上这类推进系统有很多次形式，但能在其够使用于太空中的只有一种，就是冲压推进系统。

第三种推进形式则是纯粹以外界动力来推动，本身既不携带可以抛掷的质量，也不特别去拨动外界流质。而这种方法是最早被人类应用的系统，简单的例子就是帆船。

一般而言，评论各种推进系统优劣的主要标准是其能量利用效率，推进系统形式的不同将会对能量运用效率产生重大影响。另外即使是相同形式的推进系统，也会由于其所运用技术细节的不同而使能量利用效率出现巨大的差异，比如说使用核能或是化学能两者能量运用效率就有相当大的差别。最后的一种评估方法，则是各种进系统使用的燃料的能量价格。即使是能量利用效率较差，但如果价格较低甚至是免费的时候，无疑的会使其在经济上具有大的竞争能力。以下将简单的就三种基本形式的推进系统，及其使用技术不同而衍生的各式子系统的性能作一简单的介绍与评估。
卷一太空航行导论第二节第一种推进形式之火箭推进系统
一般而言，火箭系统的燃料的能量利用效率为某种燃料所能产生的能量，称之为「比冲」或是「比冲量」英文缩写为Is或Isp。采用公制时，Isp的单位为牛顿（产生的推力）除以公斤每秒（质量流量）。另外又因为牛顿的定义为对一个1kg的物体施以1m/s^2的力。经过单位简化，Isp的单位可以用简单的‘s‘，即秒来表示。另外，也可以将比冲量乘以地表重力加速度常数（9.8m/s^2）将其换算成火箭的喷气速度。

举例来说，化学推进系统约有200秒到480秒的比冲量，或是1960m/s到4704m/s的喷气速度。比冲越大的火箭推进系统可以在同质量的燃料消耗下输出更大的能量，让喷射气体可以较高的速度喷出。因此能以相同的燃料消耗率来获得更高的反作用力（即推力）。如果负载已经确定，则飞行器的速度将完全取决于其推进系统的喷气速度以及其携带的燃料量而定；但若想要增加飞行速度，则最主要还是以增加喷气速度为主。这是因为根据动量守恒定律，可以推导出火箭推进系统的燃料携带量与速度的关系。其公式为：

ΔV=Vc×ln{(M+P)/M}

或(M+P)/M=e^(ΔV/Vc)

V=>火箭的速度变化量，初速为零的火箭之最终速度即为0+ΔV=ΔV

Vc=>喷气速度

ln=>自然对数

M=>火箭本体的质量

P=>燃料质量

(M+P)/M=>质量比

其中的(M+P)/M也就是火箭本体加上燃料的质量与火箭本体质量的比值，称为质量比。其意义可以看成为火箭的运输效率。也就是消耗的燃料与能运送的酬载的比值。

由于P项是在ln函数中，因此在当ΔV/Vc的值大于1，即最终速度大于喷气速度的时候，火箭系统的质量比对于任何速度增加将会变的十分敏感，此时任何微小的最终速度要求增加都会让质量比成指数增长。假设有一火箭为达到最终速度ΔV，在从静止加速速的条件下需要携带质量为P的燃料。如果此火箭之ΔV大于其Vc，若有减速停止的需求，也就是在加速到ΔV飞行一段时间之后，于到达目的地后欲将速度停止。其意义相当于单程时的速度变化量V加倍(加速减速等于两倍的速度变化，只不过施力的方向相反而已)。则加倍后其所需要的质量比将成指数性的增加，质量比将成为原先的2次方，而非P的两倍。这是因为用来让火箭减速停止的燃料所增加的额外质量同样需要在最初加速时增加额外燃料来运送的缘故。

另外，又因为火箭速度变化量ΔV和其喷气速度Vc成线性关系，因此若质量比不变，则只要把Vc加倍，速度变化量也会加倍，因此也就可以达成减速的要求了。由上面的关系很明显的可以看出增加喷气速度的效率远优于增加燃料携带量的效率，因此增加太空船速度的方式以增加喷气速度为主。喷气速度提高则代表太空船效率有飞跃性的进展。

但需要注意的是在讨论推进系统喷气速度之前，仍有一个重点必须加以考虑。也就是与一般的直觉上的看法完全不同的，喷气速度并非完全是越快越好。前面说过，推进系统的优劣评断主要在于其能量利用效率(亦即燃料的利用效率)。若不考虑其它因素而不断的增加喷气速度，则将会使燃料的利用效率降低，同时亦将导致飞行器所能达到的最大速度降低。当然有时候在极短时间内需要速度上的要求而不得不暂时牺牲效率，但这种牺牲是有一个界限的。

理论上每种燃料皆有一个最佳喷气速度值。这个最佳值乃是以该燃料的能量转换率来计算。举例来说，目前核分裂约有0.07%的能量转换率，亦即一公斤的核燃料经过分裂，其中会有0.7公克的质量转换成能量释放出来。因此其最理想的燃料使用方式便是将其携带燃料质量之0.07%转换成能量，用以将其余的99.93%的质量喷射出去获得推力。如此可达到的喷气速度便是以核分裂为动力的火箭之理想喷气速度，具有最高的能量利用效率，过高过低都是浪费燃料。

如果以此核燃料为例，由于所能提取的能量由于能量转换率的限制被固定为0.07%，因此想超过这个理想喷气速度只能减少喷射出去的推进剂质量，其结果可以经由简单的动能公式k=1/2*mv^2看出来。比如说若欲将喷气速度加倍，由于总能量k不会改变，因而喷射出去的质量将只剩原来的四分之一，其余四分之三则必须以零速排出。而反作用力使太空船获得的速度的公式则是MV=mv(国中的物理公式，还记得吗？)。因此很明显的，排气速度虽然加倍，但由于质量成为四分之一，故相乘起来获得的速度剩原先的二分之一而已。

由以上的例子可以看出，高于理想排速度就会浪费燃料质量，低于理想排气速度则会浪费能量。两者都会减低燃料运用效率。但须注意的是这是具有100%热转换效率的「理想火箭系统」，实际上由于工程上的限制，能量利用效率通常会低于此理想值。而推进系统工程师的工作便是使喷气值尽量近理想值了。附带一题，能够得到的最高喷气速度的是由能量转换效率100%的物质－反物质对消灭效应的火箭系统，其喷气速度是光速。由于理论上没有任何东西可以超过光速。因此根据前述公式，理论上最佳的火箭系统即为使用正反物质对消灭效应的光子火箭，其理论比冲极限为光速除以地表重力常数9.8m/s，约为三千万秒左右。

另外，重要性仅次于燃料能量运用效率的则是推力。燃料利用效率高的系统不一定代表推力也会高。举例来说，汽车的加速能力和每加仑汽油能跑的距离没有直接关系。燃料能量转换效率影响太空船可达的极速，推力则影响太空船的加速度，推力越大的太空船可以在越短的时间内达到其极速。

基本上在民用太空船上，由于经济因素考量，推力的重要性并不高，但在军事用途的太空船上，加速度会影响太空船的反应速度。因此有相当的重要性。推力的另外一个重要性则是轨道投送时的影响。想要将太空船由星球表面推送至轨道上则推力必须够大，总推力必须大于重量方能将太空船推上轨道。另外越快将太空船推上轨道，受到星球重力的影响时间越短，损失的能量就越少。因此具有自星球表面起飞能力的太空船必须拥有巨大的推力才行。

现在来讨论火箭推进系统中各种子形式的优劣和运用范围。基本上各式系统可以其燃料种类来分类，再以推进方式来作进一步细分。目前已知的燃料种类基本上可分三种，即为化学能，包含核分裂与核融合的核能，以及以反物质与物质对消灭产生能量的反物质燃料。就推进方式而言，则第一种推进形式的火箭推进系统可依应用技术的不同分为热推进系统与电磁推进系统，加上第二种推进形式冲压推进系统与第三种推进型式的光压与磁压推进系统。

所谓的热推进系统，即为以燃料产生热量来加热工作流质，使其以高速喷出以获得反作用力的系统。这是目前最常见的系统，这类系统的特性是拥有相当大的推力，但缺点是其燃料效率会受限。这是因为工作流质的喷射速度与燃烧室内的温度和压力成正比，但温度和压力并不是可以无限增高的。燃烧室的温度承受能力会受到材料因素的限制，另外还必须考虑热转换时的损失，通常无法达到理论上的最佳喷射速度。

电磁推进系统则是将燃料转换成电力输出，以此电力驱动线性马达，用以发射带电粒子如电子，离子与电浆等来获得反作用力。这类系统由于没有温度的限制，可用十分逼近理想喷气速度的高速度来喷射其工作流质，因而燃料的能量转换效率十分高。缺点是由于作为推进工作流质的电子与电浆质量太小，因而其推力十分低。通常需要以极长的时间来加速方能达到极速。且由于推力过低，无法用于星球表面的抗重力上升的需求。

冲压推进系统则可算是热推进系统的一种，但由于其特性将其独立出来自成一类。此种系统乃是吸入星际物质用以做为燃料与推进剂工作流质，优点是可以加到极高的速度，缺点是无法减速煞车。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:30

最后是光压与磁力压推进，这是采用外部能量来源作为推进系统，本身并不携带或仅携带极少燃料，因而可规避上面的火箭速度公式限制，用很低的能量消耗达到很高的速度。缺点是推力相当低，加速时间长且航道固定。

以上的系统并非是互斥的存在，基于其特性，具有同时存在甚至是混和使用的可能性。为求易于了解，这里设定一艘标准太空船来作为不同推进系统效能的比较参考。其基本资料设定为：

太空船本体质量100000t

携带燃料质量10000t

太空船全重110000t

质量比(M+P)/M1.1

以这个标准平台来作为不同推进系统比较的比较平台。也就是说，我们以这一艘太空船与如此的燃料携带量作为参考基准，更换使用不同的推进系统，视其速度状态的变化来评估各种推进系统的特性。所要比较的各式推进系统将在下一节叙述。
卷一太空航行导论第三节第一种推进形式之各式火箭推进系统
1.化学火箭推进系统

这是目前普遍使用的推进系统，算是十分原始的推进系统。其以化学物质间的化学反应来提供主要动力。以目前的技术，化学火箭的比冲在200秒到480秒之间，喷气速度Vc大约在3~5km/s左右。化学推进系统除了化学能的能量转换效率之外，还有工程学上的热度与燃烧室压力限制等问题存在。即使未来的化学推进剂的改良达到巅峰，其Vc也不太可能超过10km/s的水平，因此其前景有限。若装备Vc约为5km/s之化学火箭推进系统，则标准太空船所获得的ΔV为477m/s。

化学火箭的优点是和其它火箭相比，引擎重量非常轻（较重的部份是燃料的重量），并有极高的推力，可推送大量载荷抗重力上升。缺点就是这个477m/s的ΔV与其它形式的火箭比起来实在太小了。化学火箭理想喷气值约为5000m/s左右，目前的化学火箭工艺技术至少在喷气速度方面已经达到极限，进一步的发展主要是在系统减重，减少价格与寻找更有效率的新燃料方面。不过如前所述，所能增加的效果也是极为有限的。

2.核分裂式推进系统之一，核分裂热推进引擎

这是以核分裂作动力源的推进系统。其燃料主要是铀235或是钸239。就能量利用方式的不同可以分几个支系。以火箭系统的支系而言，是以核分裂燃料产生热，加热燃烧室中的工作流质（即推进剂）使其喷出。通常采用分子量最低的氢作为获得反作用力的工作流质以求得最高的喷气速度。美国在六零年代曾经进行过一项称之为「核子引擎火箭推进系统应用」的研究计画，（NuclearEngineforRocketVehicleApplications,NERVA）测试过这类核子火箭的可能性。

NERVA没有实际升空测试，而是把引擎放在地上，喷气口朝天喷射的大规模引擎测试计画。这个计画中建造了十数部引擎，密集测试了数十次。其中测试机组中的最高出力约为1130MW，比冲约为850秒，推力从一万磅到二十五万磅的都有。最高记录曾以全功率连续运转28分钟。而且这些只是以60年代的技术作出来的测试用引擎，便有90年代最先进化学火箭两倍以上的比冲量。以这个测试用引擎的能力，约可使标准太空船达到794m/sec的ΔV。而此种引擎的理论理论比冲值约在750秒到1200秒之间。

NERVA研究计画后来在80年代美国政府删减火星登陆计画预算时中止，所有设备皆被弃置，但宝贵的测试资料与经验都留下来了。如果需要的话，这种引擎是能在最短时间发展出来的优秀次代火箭引擎。和尚未成功的受控核融合火箭相比，这种核分裂火箭用的是已经成熟，相当实际的技术，只要投下经费，十年内便可建造出可靠的引擎装到太空船上。

另外一方面，即使NERVA计画结束，大量理论方面的基础研究并未跟著停止。就核分裂热推进系统而言，理论上具有另一种较为优秀的引擎存在，即气态核心反应炉。这是相对于NERVA计画中使用的固态（石墨）核心反应炉而言，以铀电浆与氢混和的气态炉心反应炉。其比冲潜力在5000秒~10000秒之间。这类引擎的困难与受控核融合炉有点类似，皆为炉心高温气体的处理相当麻烦。不过由于其并非欲进行核融合，气体温度仅约摄氏数万度，远较融合炉的数千万到上亿度为低，因而难度低了许多。若取理论平均值7000秒比冲来计算，则使用这类系统的标准太空船之ΔV可达到6538m/sec。但这类系统，包含固态炉心的NERVA计画都有个相似的缺点，即其排气具有放射性，因此不能在地球上使用。在太空中则无妨，因放射性气体会很快扩散开来。核分裂系统的理想喷气值约为11200km/s。

3.核分裂式推进系统之二，核分裂电推进引擎

这种系统简单的来说，就是用核电厂发电，以电力来加速发射带电粒子来获得推力。当然这个核电厂的体积和重量必须缩小到能够装进太空船中才行。而小型核电厂已经算是相当成熟的技术了，例如目前最小的核子潜舰排水量才两千吨左右，因此基本上此类系统问题并不大。而发射的带电粒子则可从电子到各式离子与电浆等范围，视需求而有不同。基本上为求得较高的推力与较快的加速度，工作流质以质量较重的金属离子或电浆为主。若是要求效率的话则就以发射较轻的粒子如氢离子来得到较高的喷射速度。

要注意的问题是需保持太空船的电中性，若是一直制造并发射正离子的话，太空船就会累积负电荷，因此得在离子喷射口中一并喷射电子。若是用电浆推进系统的话则无此问题，电浆本身就是电中性的气体。这类电推进系统的比冲非常大，通常约在1000秒~10000秒之间，这是以光电池等一般动力输出得到的比冲值。但其潜力不止于此，若是能以核分裂动力提供源源不绝的能源来加速很轻带电粒子，则具有把比冲提高到100000秒的潜力。以具有100000秒比冲的引擎来计算，标准太空船约可达到93404m/sec的ΔV。

这类系统的缺点是推力非常低，其为了效率必须使粒子加到极高的速度喷射，但粒子的质量非常小，单位时间内能喷射的粒子质量有限因此获得的推力很低。故采用此种系统的太空船加速度会非常低，一般大约在10的负5次方个G左右。因此必须持续数周到数月的加速才能达到设计上的最高速度，同时也不可能推动太空船从星球表面起飞。

4.核融合式推进系统之一，受控核融合推进系统

这是把前面的核分裂热推力引擎的能量来源改成核融合，基本原理是一样的。基本上较受到注意的反应方程序有以下这几个：

D+D->T+p+3.25MeV

D+D->He3+n+4.0MeV

D+T->He4+n+17.6MeV

D+He3->He4+p+18.3MeV

四个方程序中最有效率的是第四个氘与氦三融合的反应，且此一反应不产生中子，几乎毫无污染，安全性非常高。但地球上不产氦三，只在核子炉中有少量生产，因此价格较高。月球表面氦三倒是很多，但必须建立开采能量。而第一个两个氘之间的融合则原料比较便宜，氘可以从海水中提炼出来，不过这个反应效率较低。第二第三个反应则会产生中子，会有较大的中子射线屏蔽的的问题。

使用受控核融合引擎，则随著不同的需求会有不同的比冲值，理论比冲值潜力在1万秒到200万秒之间。比冲值的差异在于混入气体的调整。简单的来说，如果在融合炉开个出口，让氘与氦三反应产生的电浆慢慢泄漏出来，用融合反应产生的能量将这些电浆喷射出去，（也有直接用反应炉开洞喷射的方法），就可以得到秒速两万公里的极高的喷气速度，因此而能有约200万秒的比冲值。但是基于与电推动系统相同的道理，电浆的单位流量质量非常小，所以虽然喷气速度高，推力却不高。但如果在从融合炉排出来的微量电浆里加入氢混和之后再一并排出去，则由于混入氢之后喷射气体的质量提高了，使喷气速度Vc下降，比冲值也跟著下降，但推力却可以大幅增加。将氦三－氘反应电浆与氢以1:99的比例混和，即喷射排气中含有99%的氢的时候，喷气速度会降成秒速一百公里，比冲值约为10000左右。

故此种受控核融合推进系统可以用调整氢气导入量来改变推力，在一些需要大推力如超越重力梯度的星球起飞或是紧急加速时非常方便。但这就会造成短时间内效率的下降，会稍微降低太空船的最终速度。附带一提的是，第四个公式的氘和氦三反应产生的是氦四，氦四是一种惰性气体，不含辐射线，所以第四个公式反应之引擎加上氢气喷射的标准太空船可以直接从地面起飞，不会有辐射污染的问题。唯一的问题是这种引擎的出力太大，起降场地面积要很大，且清场得清的干净一点，任何太靠近的人都会倒足大霉。以两百万秒的比冲值，秒速两万公里的喷气速度来算，则约可使标准太空船达到1906km/sec的ΔV值。核融合基于其理论能量转换效率，其理想喷气值约为26800km/s。

5.核融合式推进系统之二，核融合脉冲推进系统

虽然受控核融合技术尚未完成，但目前也有可以立刻使用的核融合推进方法，就是引爆氢弹来推动太空船。这种方法被称为核融合脉冲推进或是爆震推进。基本上的设计是这个样子的，以数吨到数百吨TNT威力等级的小威力氢弹做为燃料，作成微型氢弹燃料球，每个燃料球直径大约只有一两公分。然后在内藏或外部的燃烧室中央以高能聚焦电子束或是雷射束来点燃这些微氢弹来诱发爆缩式的核融合反应。这些氢弹爆炸后将会产生高温高压电浆，然后与混和的氢从燃烧室喷射出去获得推力。

这种系统构造惊人的简单，燃烧室强度不需要很大，因为每个氢弹球的威力是可以事先调整的，只有数吨TNT甚至是只有公斤级TNT等级威力的微氢弹也是可以作得出来的。以目前的技术，完全可以做出可以承受此种等级爆炸威力的燃烧室，当然燃烧室外层还是要装上超导线圈，弄出磁场来减少电浆对燃烧室壁的侵蚀，同时巧妙灌入的氢气也可以有效保护燃烧室壁。

即使是小威力的微氢弹，如果以每秒数十枚到数百枚的流量射入燃烧室内引爆便可获得相当高的总推力，且此推力可由调整氢弹流量而调整。这可以用简单的机车二行程引擎来想象，在二行程引擎中也是用混和油气的爆炸来提供动力，同时用调整油气流量来得到不同的加速度。驾驶员只要转动油门便可以加速。

这种系统除了氢弹燃料球流量外，与受控核融合引擎相同的也可以经由导入燃烧室混和的氢气数量来改变推力。这类推进系统已经经由成功的试飞实验证实，不过用的燃料不是氢弹而是炸药。刚开始实验时那些科学家曾不小心把测试火箭炸成碎片，不过后来经过一些调整，成功的把小火箭发射到数十公里的高空。由于是用连续的爆炸脉冲推动火箭，所以称这类推进系统为脉冲式推进或爆震式推进。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:32

这类系统的比冲潜力约在一万秒到一百万秒之间。还有系统构造极为简单，造价非常低的优点。缺点是比起受控融合炉的液态燃料储存方式，固态的燃料球在贮存与运输上都会比较不方便，占的空间会相当大。使用这种推进系统的标准太空船之ΔV是受控融合系统的一半，约953km/s左右

另外必须一提的是，脉冲推进法也可以用在化学燃料与核分裂燃料上。对于化学燃料使用这种方法的效果尚在研究，但是就核分裂燃料而言，使用此法有一些先天缺陷存在。就核融合而言，当量是没有限制的。大到太阳等级的核融合反应，小到只有几毫克电浆的融合反应都没问题。所以可以把单次爆炸威力减低到燃烧室可以承受的地步，再用多次爆炸来维持推力。但对于核分裂而言则存在著一个临界质量，只有在超过临界质量的情况下才会产生连锁式核分裂反应。因此至少要有一定质量的分裂物质才能产生核分裂，换句话说，爆炸威力是有一个下限的。这个下限随著分裂原料的不同，大约是数千吨到上万吨TNT当量左右。而一般的燃烧室无法承受这么大的威力，因此必须使用开放式的外部爆震推进法，而这会造成能量的浪费。且即使是使用此种方法，想承受每次数千吨威力的爆炸，对于太空船的结构将是一个很大的考验，更伤脑筋的是中子源等辐射屏蔽的问题了。因此在技术上，反而是核融合脉冲推进系统较为简单易于被接受。

6.正反物质的对消灭——光子火箭系统

此种推进系统乃是火箭系统理论上的极致。以正反物质对消灭来获得能量的光子火箭，可以极限速度光速来喷射光子或光波获得推力。因此其理论喷气速度达到上限，为每秒三十万公里，比冲值上限约为三千万秒。装备这个系统的标准太空船可获得约28600km/sec的ΔV，远高于前述任何推进系统。但同样的，光子的等效质量非常低，因而推力会很低。想增加推力唯有靠老方法，于对消灭反应炉中导入氢气，代价就是降低比冲值。

不过与核融合反应炉不同的是在对消灭火箭中这是两个不同的反应过程，需要用不同的系统。就核融合炉而言，进行反应后产生能量，并融合成氦四的电浆气体仍是以电浆形式存在，其以热能的方式提供能量，之后可以直接将这些融合后的电浆气体以热能喷射或以电推进的方式推动喷射，是否加入氢气并不影响这个过程。但在正反物质对消灭中，燃料将完全消灭，剩下来的是以光子型态的能量，使用反射镜将这些光子集中成一束单向发射来进行光子推进获得推力，这就使得此类系统必须以光子这种极低等效质量的粒子为唯一的推进剂。若是想用导入氢气增加推力的方法，则必须回到类似于融合炉之类的密封燃烧室设计，只不过在其中以正反物质歼灭来取代核融合反应，但这种设计将无法进行最高效率的光子推进。换句话说，高效率光子推进系统和可变推力系统是两种不兼容的系统，必须独立存在。

也就是说若是太空船想以反物质燃料同时获得高效率推进与大幅推力调整的能力，则必须同时装备这两种引擎。当然两者可共享同样的反物质燃料槽与液氢槽，但液氢槽容量将远比反物质储量大，其中将只有少部份用于对消灭反应，绝大部份则是供给推力调整引擎作为被喷射出去的推进剂。这实际上已经可以算是一种混合式推进系统了。光子火箭的缺点是推力太低（不考虑可变推力系统的话），反射高能光子（γ射线）的反射镜制作极为困难，还有反物质燃料十分昂贵。

就燃料而言反物质是可以人工制造的，而且不需要任何特殊原料。物质和反物质实际上便是冻结了的能量，因此可将能量转换成反物质。目前在回旋加速器进行高能粒子碰撞中已可产生并收集反粒子，但由于所需能量太高因而产量极低。以目前的技术水平，反物质的生产成本为每毫克三千亿美金，这当然是不可能被接受的价格。但由于反物质的能量转换效率是理论上最高的一种，具有极高的应用价值，因而将来反物质的生产可会能成为一个大规模的产业。构想中的方法是，在水星以内的环日轨道上建造超大型的回旋加速器，并配置大量太阳能光电板与太阳热电力的方式发电，以太阳的巨大的能量来生产反物质。整个系统的建造成本会很高，不过维护操作成本就会很低了，原料则完全不需要，只要太阳没有停止发光就成了。

7.太阳能火箭的最新发展，太阳能电推进系统

这是与核能电推进系统完全相同的系统，只不过动力源改成太阳能。此类系统是目前人类的技术结晶，且已有现货。已于98年10月24日发射第一艘使用此类系统的太空船，即DeepSpace1深太空一号。将来的行星探测太空船大部分都会装上此类系统。它使用新型更轻更薄的高效能太阳能板，发电效率远比旧式太阳能板高，故可以让离子引擎在远地行星如海王星，冥王星一带有效运作。将来的大型太空船也可以装上此类系统。这可以说是将来太空船的主要推进系统，因为可以直接由日光中取得能量，故效率在第一类推进系统中排名第一。自然在需要更高加速度与远离太阳的地方需要与其它推进系统如核融合系统配合。核能电推进系统的推进器与太阳能电推进系统是完全相同的，所以可以使用同样的推进器，同时装设太阳能与核能两种动力源，这也可以减低系统的重量。
卷一太空航行导论第四节第二种推进形式：星际冲压喷射推进系统
星际冲压喷射推进系统的想法与具体计算结果乃是在六零年代由洛斯·阿拉摩斯研究所的R·W·巴萨德所提出。这种形式的推进系统原理十分简单，也就是喷射机引擎的运作原理。从行进方向吸入气体，加速后往后喷出以获得反作用力。

太空中虽然号称是真空，但仍然是有气体分子存在的。当然密度非常小，平均大约是每立方公分的空间中有一个粒子，但有些具有丰富星际气体的地带的粒子数量可能在通常的百倍到千倍左右。如此稀薄的气体使得冲压喷射推进系统的进气口要够大才能吸入足量的气体，基本上在星际气体通常含量的空间，进气口需要有直径数千公里的面积才行。但实际上真正的进气口会只有几百公里左右，再由进气口用线圈造出直径几千公里大小的电磁场漏斗来电离并吸引星际气体。

这个方法的缺点是磁场的强度会非常高，会有数万到上百万特斯拉，而这种强度的磁场产生的拉力将会让线圈崩毁，因此必须用低重量高强度的材质固定线圈，构想中的方法是用钻石来束缚，但这个钻石本体也会有数千吨重。

除了电磁漏斗吸引的方法外，也有另一种方法，即用电磁透镜聚焦星际气体离子。这种方法所需的磁场非常小，约数百到数千特斯拉，但电磁透镜必须放在进气口本体前几千万公里到几亿公里的地方，因而会造成一些困扰。想缩短距离则就必须加大电场，但这一来就会面临原先规避的磁场强度过高的问题。另外这种方法会有色差的问题，即聚焦不够精密造成的散射损失。这种系统的优点是不需要携带燃料，其所使用的燃料质量为星际气体密度乘以太空船进气口扫掠过后的体积，即最大进气口面积乘航行距离再乘以星际气体密度。但此类系统和所有的冲压系统一样，无法在低于某个速度的情况下使用，实际上这个临界速度约在光速的十分之一到十分之二之间。因此必需使用其它型态的推进系统作为第一节加力器，让太空船达到启动冲压推进系统的临界速度。再者这类系统也无法减速，而其所达到的超高速度也让使用他种系统减速十分困难。

最后，这类第二种推进形式的系统因其不需要携带燃料（不考虑加力器燃料），因此不能使用火箭速度公式，必须使用另外的动量守恒公式。故在此不能用前面的标准太空船公式计算最终速度。就理论上而言，最佳喷气速度为光速的冲压喷射系统（即正反物质反应系统）所能达到之巡航速度等于装载了冲压系统航在线能吸入的所有星际气体的质量的反物质火箭所能达到的速度。但由于星际气体是正物质，因此最佳喷气速度不可能等于光速。

若以核融合动力之喷气速度来看，则此类系统的效率将远高于第一种推进型态的核融合火箭系统，其可以用相同的质量比达到更高的速度。重点就是其完全不需要携带燃料，飞行越久吸入的星际气体就越多，故质量比也就越高。换句话说其最终速度乃视其飞行时间而定，属于一种变动质量比甚至是质量比近于无限大的系统。理论上是唯一可以进行永恒推进的系统（其它推进系统虽然也可以永恒飞行，但无法永恒推进）。因此此类系统乃是目前理论上能够最接近光速的系统。
卷一太空航行导论第五节第三种推进形式：光压推进系统与磁压推进系统
如同帆船可以乘著风前进一样，太空船也可以乘著光前进。采用此类推进方式之系统被称为光压推进系统。电磁波是具有动量的，马克斯威尔导出的电磁场方程序中便已指出这点。

光的辐射压效应是目前设计高轨卫星与行星探测船的主要考量因素，因为它造成的力矩会扰动太空船的航道，在一万哩的高度以上是太空飞行体的主要扰动来源。目前这种形式的光压动力被用在行星探测船上，但主要是用于姿态修正而非作为推力。比如航海家四号便以改变光压力矩作为姿态控制。作为主要推力的光压系统的最简单概念便是太阳帆，用一块镜子放在太空中，它自己就会受到太阳光压而前进。

太阳帆的制造在技术层面上有些麻烦，因为它必须非常薄，同时面积要非常大。但这并不是完全办不到的那种困难，而是效率方面会因为技术水平的不足而滑落。太阳帆目前已有成品，前苏联曾经在太空站上测试介于太阳帆与大面积反光板之间的产品，另外以光压为主要动力的太阳帆成品则是民间的一些业余团体作制造。「世界太空基金会」(WorldSpaceFundation)与「法国光子动力推进联盟」(FrenchUnionPourlaPromotiondela-PropulsionPhotonique)便已于几年前造出小型光帆航行载具，并希望能在1992年哥伦布发现新大陆五百周年时能让此太阳帆航向月球。但这些业余团体无法支付火箭发射费用，同时也没有其它班次的发射载具能让他们的产品搭便车，所以至今仍然没有发射入太空。

单靠太阳光压的光帆的优点不需要花费任何燃料成本，缺点是推力太低加速过慢，同时远离太阳的地方光压会过低。其推力可由以下公式求得：

F/A=2(S/C)

根据经验太阳能流量（Solarflux）S=(3.1*10^25)/R^2

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:32

其中F/A为每平方米的推力值（牛顿），C为光速（3*10^8m/s），S为以瓦计的每平方米能量流束，R为自太阳起算的距离（米）。在距离太阳一个天文单位的距离下，日光功率约为每平方米1400瓦，面积一平方公里的太阳帆约可获得10牛顿的推力。若是假设此光帆重量为一公吨，则所获得的加速度仅有约千分之一个G左右，可用此数据来简单推估光帆系统的性能让大家有点概念。同样我们以标准太空船为计算对象，但将其一万吨之燃料携带量作为其所使用之光帆重量，其计算如下：

假设一平方公里面积的光帆重一吨，则一万吨的质量空间可装设一万平方公里的光帆，再假设太空船由距离太阳一个天文单位的地方出发，即其出发点位于地球绕日轨道上，则每平方公里的光帆获得推力约为10牛顿，面积10000km^2之光帆获得之总推力为10000*10=100000牛顿。船体加帆总质量为110000吨，根据F=m*a之牛顿运动公式计算，太空船之加速度a为：

100000牛顿=110000,000kg*a=>a=0.00091m/s^2

可将其除以9.8m/s^2换算成等效重力，约为0.000093G，即约为万分之一个G的加速度。又由于光压推力将随光帆与太阳之距离而下降，这会使计算必须采用积分的方式而使计算过程复杂化，为求简化，我们仅计算此光帆在前一光秒的距离内的加速度。一个天文单位约等于500光秒，一光秒距离仅为其五百分之一，故光压随距离增加下降的程度可以忽略。在这第一光秒的距离内，太空船可以达到的速度可如此计算：

V^2=V0^2+2*a*s

由于初速V0为零，因此我们只考虑加速度a与距离s此二变量

V^2=2*0.00091m/s^2*300000000m——式(a)

V^2=546000m^2/s^2

V=739m/s

再以V=a*t求出加速时间t。

739m/s=0.00091m/s^2*t

t=812088sec，将这个数字除以86400可以换算成天数，约等于9.4天。

根据以上的计算，标准太空船可以使用一万平方公里的光帆，在九天半的时间内加速到739m/s的速度，并在这段时间内前进了一光秒的距离（地球到月球的距离约为1.3光秒）。而这个速度大约略为低于于采用NERVA计画中测试的的固态核心核分裂动力推进系统的标准太空船的最终速度。

当然只要太阳没有熄灭，光帆船可以继续加速，但由于远离太阳时光压会下降，因而最终有一速度极限，这个极限主要视光帆的性能与其质量占太空船的比例而定，光帆的性能越高指其越薄，能以更低的重量提供相同的推力。而质量比例越大则代表其加速度越高，极限加速度则由光帆性能而定。加速度极限便是100%光帆零酬载的加速度，此例中极限加速度为千分之一个G。光帆质量比例越大则太空船加速度会越趋近这个值，但光帆占越大的比例也代表太空船酬载越小，超过一定程度时增加的速度的利益将会被减少酬载的损失抵销，因此质量比例有一最佳值，主要改善目标还是会放在光帆性能上。另外一个加速的方法是从更靠近太阳的地方出发，此时可以获得更高的初期推力因而能有更高的最终速度。

光帆的更进一步运用是用人工主动照射来获得推力。人工照射可分为以采用聚光照射或是主动发射能量光束两种。聚光照射即为于近太阳轨道建立反光板阵列群将太阳能聚焦投射到远处的光帆上，如此可使光帆在相同的距离下获得比平常更高的能量输入，或者在更远的距离减低太阳光散射光压降低的损失而能够达成更长的能量输入距离，两者都能增加光帆的最终速度。这种方法会稍微增加一些成本，主要是聚光站的建造与维护成本，光帆包含聚光站的能量来源同样也是免费的。其所增加的速度可以用最简单的增加推力与加速时间来推估。

例如若从1AU的距离开始出发，若聚光站的照射能让光帆输入增加N倍，则推力与加速度亦可增加N倍。另外增加照射时间可将式(a)的加速度经过修正后再乘上秒数而定。若是聚光输入增为十倍，且能量不衰减距离增为1000光秒的话，则在此段距离内的加速将成为73892m/s，约为73.89km/s。而照射时间则增加为94天，约三个月。这个速度已经高于任何核分裂动力火箭并接近脉冲核融合火箭能达到的速度了。如果聚焦能力能够再加强，让能量不衰减距离能够再拉长，则此太空船的速度最终将超过运用核融合动力火箭系统的标准太空船。

当然，一切能量源还是免费的，这就是最大的重点。另外需要一提的是增加对光帆的输入和光帆接收能量不衰减的距离是一体两面的，只要聚光能力加强两个都可以加强，但就光帆而言，其输入是有上限的，过大的输入会烧毁光帆。因此聚焦能力超过一个限度后（实际上很容易就会超过），便会在光帆船于近距离时将聚焦光线输出减弱至光帆能够承受的安全系数内，而光帆远离时再逐渐增加输出以弥补距离拉远时的散射损失，以此来将光帆的推力(即能量输入)维持在一个定值。

另外聚焦用的太阳能板阵列则没有烧毁问题，由于不需要长距离高速移动，它可以作的较厚，同时也可以增加面积与数量等来增加输出。基本上聚光板是没有性能的限制的。而光帆的能量承受安全系数亦是光帆的性能值的一个重要参数。

主动发射则是由人工放射能量光束进行冲击推进，这种方法需要付出的成本较高，重点是在建立光束发射站，发射光束来照射光帆使其获得推力。与纯粹的太阳光聚焦站不同的是这种光束发射站可以自由挑选所使用的光束波长，不同于聚焦站只能纯粹的聚焦日光。当然，光束发射站的能量来源也可以使用太阳能，如此同样没有燃料费的问题，但是在建造与维护成本上显然会比聚焦站的太阳能反射板高上许多。

光束发射站的一个使用时机是在远地星球上的运用，比如建立在木星上。太阳能聚焦站必须靠近太阳才行，但是光束发射站却可以远离太阳。当然此时就无法运用太阳能而必须使用核融合发电来作为动力来源了。这会使成本增加，不过这是要在远地行星运用光压系统所必须付出的代价。

由于可以自由选用光束波长（一般是在建立发射站时就决定波长，可调频的光束发射站则会在设计时有一波长范围限制），因而可以控制光束发射天线的面积与光帆的面积，甚至可以控制光帆的重量。这类系统通常有较聚光站有更佳的聚焦能力，因为他能够调整波长因而能够照射的更远而不衰减。但在长距离照射下仍然有一些问题存在。

基本上光帆的能量转换效率主要有两个参数影响，一是太空船速度，另一是光线聚焦能力。就光帆而言，光束直径小于等于帆面直径时，所有能量直接投在帆面上，此时光线会被反射与吸收。但在太空船速度低时，入射光线以反射为主，而反射产生的能量传递效率是很低的。

而太空船速度一旦加到接近光速时，光线与太空船之间的都卜勒效应便会急遽增大，光线由偏向反射变为偏向于吸收，能量传递效应就会增加。因此太空船速度越大，能量吸收效率就越高，从接收的能量中所获得的加速度就越大。但在距离一远，光束直径大于光帆的直径时，能量便不是完全投在光帆上了，此时就会有光束扩散的能量损失。这个损失与太空船与光源距离的平方成正比。而要减少这种损失就必须增加光束的聚焦能力。或者采用暴力法，直接在远距离时增加输出以弥补散射的损失。

以上两点跟聚光站是一样的，但就第二点而言，由于增加光束发射站输出的困难度与成本远较聚光站的纯粹增加反射板高，因此就光束发射站而言，采用第二种方法很容易不符合成本，因此仍将以增加光束聚焦能力为主要手段。需注意的是这里的「能量光束」并非单指可见光范围的光线而言，而是在长到公分波，毫米波等级的电磁波束到波长极短的硬Ｘ射线光束范围内，这就是可挑选波长的光束发射站的优势了。

一般来说，光束波长短则聚焦能力越强，所使用的发射天线面积也就能够越小。比如若使用硬Ｘ射线这种极短波长的光束，则发射站的天线口径可能只有数百公尺到数公里。波长一长则天线口径就会越大。但波长不是越短越好，还需要光帆的配合，光帆是否能够吸收该波长的光束，或者此种光帆是否能作的很薄很轻，这些都是考量重点。同时短波长不一定保障能缩小天线口径，因为若是发射能量固定，则口径越小发射天线表面的能量密度就会越大，甚至有可能大到光束发射瞬间就烧掉发射天线，因此天线口径还是有下限的。比较可能的是用较长波长的光束，并使用天线阵列群来达成大孔径的需求。

另外波长一长，帆的重量便有可能降低。因为光线在碰到孔径比其波长短的金属网格时会完全反射，跟碰到没洞的金属板效果是一样的。一般家庭的微波炉便是运用这种效应让人能够看到加温中的食物（不过还是建议大家别去看），使用波长较长的微波或是毫米波光束，则便可使用由金属细丝织成的网状光帆，如此不需要特别技术便可自然降低光帆重量。也可以在相同的总重量下增大光帆面积。

基本上，聚光站将会被运用在近距离的低速的光帆船上，而光线发射站则会应用于远距离的高速光帆船之上。就内太阳系运作或是飞向远地行星任务而言，聚光站是一个相当好的选择。而在远地行星飞向内太阳系（这还必须要抵消太阳的光压）或是往更远的太阳系外层移动则以光线发射站系统为佳。这两种系统算是互补的形式，前者应该会建立在水星以内的太阳轨道上，后者则应该会建立在木星上，从木星提取燃料来运作。

光压推进系统的最大优点是价格，因为其太空船不需要携带燃料，燃料费用自然就省下来了。聚光站与光束发射站虽然需要建立与维护成本，后者也可能需要燃料成本，但大量运用下来采用此类推进方式系统在价格上会极具竞争力。即使是需要燃料的光束发射站，若使用相同数量的燃料，其能使太空船增加的速度会高于火箭推进系统所能增加的速度。而这类系统的缺点是其太空船的推力方向会受到限制，且在远距离时运作效率会低落，比如要在冥王星周边运作（不是飞向冥王星）效率会降低，其飞行方向垂直于光束时甚至没有作用，且太空船会有一固定的航道而较难作机动。

聚光式光压系统的另一个延伸概念，是光帆航线与光帆船团。用大量太阳能光板聚光可以产生一条航线。并不瞄准某艘太空船，而只是对准一个方向造成一条光道。任何有装帆的太空船只要进入这条光道便可以获得动力。此种概念将会产生出光帆航线与光帆船团。太空船在进入光帆航线内可以获得光压动力，离开后则使用自备的火箭引擎推进。这也是一个节省燃料的方法。

第三种推进形式的另外一个概念便是磁压推进系统。它和光压系统相当类似，不过利用的是太阳的磁场。太阳会放出太阳风，这是一种流动的电浆，电子与质子气体，其速度约为每秒五百公里。因此若用超导体线圈造出一个环状的电磁场帆便可以让太空船乘著太阳风飞行。

磁帆的组装与操作皆较为简单，只要把圆圈型超导电缆通上电流，它就会受磁力而自动膨胀成完美的圆形。打开电流开关则磁帆便可乘太阳风风推进，不想推进时只要关掉开关即可，不像光帆还需要收帆或改变角度。不过磁帆需要使用大量高温超导体，而这目前仍在研究。磁帆本身的性能也只有一些理论上的探讨。基本上磁帆在接近太阳的地区如近地行星带中效率较好，可能会比光帆好些，端视高温超导体的发展而定，在远地行星则效率降低。再者前面使用微波光束照射的网格状太阳帆若是部份采用高温超导体制造，则同时亦可有磁力推进的效果存在。
卷一太空航行导论第六节三种推进形式系统的比较
关于各式推进系统的简单介绍到此为止，接下来则来探讨各种推进系统的可能运作情况。就第一类推进系统而言，化学火箭仍会是短时间内主要动力源之一，即使核能火箭开始运作，初期仍是要靠化学火箭来作地球表面至绕地轨道间的举升运载。但就行星间太空航行而言，化学火箭十分不经济，因此将会很快的被更佳的系统取代。

核分裂电推力火箭技术难度与受控核融合火箭相比并不高，同时此类核电动力系统已累积大量的运转经验，因此有可能在短中期内成为主流，而核分裂的热推力火箭目前则是卡在环保问题以及政治问题上。实际上若是没有政治因素的影响，这类系统现今应该已经发展成熟并大量运用中。但既然已经拖延到现在，则可能会还没正式上台便结束其生涯。因先进的核分裂热推力系统之概念（气态核心炉）与核融合系统相当类似，同时核融合系统的能量效率又远较其为高，而构造简单的核融合脉冲推进系统又是可以立即上马，又没有核分裂系统的污染及辐射屏蔽问题，因而完全可以轻易击败核分裂热推力系统。再加上核分裂系统所用的燃料铀与钸等价格又较贵（藏量较少之故），因此很有可能会直接跳过核分裂热动力系统直接使用核融合脉冲推进系统。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:33

至于受控核融合推进系统则由于受控核融合尚未发展完成，同时即使发展完成，想成熟到能够装备至太空船上仍须一段时间，因此中期仍然应以核融合脉冲推进系统为主。不过长期下来，受控核融合系统仍然会成为主流，这是因为其比冲值较高的缘故。再者受控核融合的发展同时还有提供太空飞行以外一般能源的目的。

核融合脉冲喷射则是为了太空飞行而发展的方法，并不适合用于作为供应一般能源的发电使用。目前受控核融合虽然也有以雷射爆缩的惯性拘束研究，但用在发电上系统的复杂度将不下于托卡马克的磁场电浆拘束系统，且输出功率也会较低。目前的雷射爆缩研究目的与其说是为了用来发电作为能源供应，不如说为了军事用途的核爆研究。

不过即使是受控核融合系统普及之后，核融合脉冲推进仍然会以其极为简单的结构，相当大的推力与较低的系统故障率与价格而能占一席之地。特别是中小型的太空船就很可能会选择使用脉冲推进系统来作为推力源。象是百吨级或是千吨级的区间联系船，小型人员运输船，中型探测船或是区间太空战斗机，甚至是大型飞弹等都很可能都会使用此类系统。至于星际冲压喷射系统，则除了超长程恒星探测船外没有其它的市场，因而其进一步研究发展可能要再拖下去了。

而第三种推进形式的的光压与磁压推进系统则具有极大的潜力，关键乃是在于价格方面。比如前文举的太阳光压系统一光秒距离加速的例子与核分裂动力火箭相比，两者间的巨大区别是火箭系统可能仅在几分钟内便可达到此一最高速度，但需要支出庞大的燃料成本，就核分裂引擎的标准太空船而言是一千吨富铀的价格，推进系统本身的造价尚未计算在内。而光帆系统则需要加速九天半，但是一毛燃料费用都不用花，只要太阳不熄灭就成。

而光帆本体的价格则很便宜，从金属薄膜，凯夫勒纤维镀金属甚至网状材质等都有，总之能比一千吨的富铀贵的材料似乎并不多。再者核分裂火箭的这一千吨富铀（或者是核融合火箭的氦三或氘）都是会在飞行中消耗掉的。而聚光站与光束发射站都可以重复使用，因此价格可以分摊下来，实际上建造这些系统的成本并不比铀矿的开采与提炼设施贵多少（运费除外）。

另外光帆可以重复使用，也可使用一次就丢掉，端视需要而定。换句话说，光帆的消耗性能量主要来自太阳，而这价格极低，其它推进系统的消耗性燃料在这方面无法与之竞争。但光帆系统的航道与机动远不及火箭系统，因此在行星间航行与输送中光帆系统将会是主要的「辅助动力源」。也就是同时装备火箭系统与光帆，有点象是装了蒸汽引擎的帆船，或者是装了帆的蒸汽船之类的。

虽说是辅助动力，但可能是整个航行中一半以上到90％的能量是由光压提供。火箭系统仅于紧急时使用，或作为停车靠泊与航道修正时的辅助动力。但有个例外，军用舰艇不可能以光帆为主要动力，至少在战争时不可能，因为光帆系统的航道十分固定容易被预测，且体积，或者说是面积庞大，非常容易被侦知与破坏。因此在战斗舰艇上应该是以核融合推进为主要动力，另预留搭载光帆系统的硬点支架以于平时的训练任务中搭载光帆以节省燃料，或者作为出港时舰艇的加力器。

当然在战时作为加力器用途的光帆将会在以其增加到一定速度后抛弃。这类一次使用性的光帆可以做的厚一点，在推进时以高功率光束照射以在短时间内获得最大推力。当然这样很可能会烧毁光帆，不过既然是一次性使用这就不重要了。所以光帆算是太空战舰的副油箱，可以增加其巡航半径与巡航速度。就地球上的类比而言，光压推进系统相当类似于地球上的铁道系统或是海运系统。具有廉价大量运输的特性，但机动性与加速度（并非速度）远低于汽车与空运体系。另外光帆或是磁帆亦可做为太空船的减速系统，就是光压煞车或是磁压煞车。运用这两种系统来煞车可让太空船的巡航速度立即提升一倍以上。这在后文将会提及。
卷一太空航行导论第七节太空航行原理与一些初步概念
所谓的航行不外乎是从一个地点移动到另一个地点。以太空航行而言，就是轨道转移的动作。从某个星球的轨道航行至另一个星球的轨道，或是从同一个星球的低轨道移动至较高的轨道，这种轨道转移的航行路径轨迹被称之为「转移轨道」。

转移轨道有无限多条，但消耗能量最低的只有一条，被称为「霍曼转移轨道」，乃是由霍曼首先计算出来。霍曼转移轨道是相切于两个出发点和目标轨道的椭圆轨道，并且是两个星球在「合点」的时候才会出现。行星间的重要关系位置有两种，其一称为「冲点」，亦即两个行星位于太阳的同侧，乃距离最近的地方。其二是两个行星分别位于太阳的反对侧，是二行星间距离最远的时候，这个位置关系称为「合点」。

基于星球运动与太空飞行原理，两个行星间航行消耗能量最低的是在距离最远的合点的时候，而非距离最近的冲点的时候，这是因为行星本身的运动速度与行星轨道上的恒星重力势能的影响。冲点虽然距离近，但由于飞行时必须先抵销行星的公转速度，因此消耗能量是最高的一种。

霍曼转移轨道飞行需要在行星相对位置达到合点的时候，但行星间并非天天都在合点，比如地球和火星的合与冲每两年两个月一次，所以我们说朝向火星的发射窗口开放周期为两年两个月一次。

霍曼转移轨道虽然是最节省能量的轨道（需要达到的速度最低），但并不是飞行时间最短的轨道。如果拥有足够强力的推进系统，则可以付出消耗更多的燃料为代价，走其它转移轨道更快的抵达目标，换句话说就是直接飞向目标。这种能力凭化学火箭是办不到的，必须要使用大推力与大功率的先进核分裂火箭（气态核）或是核融合推进系统才行。

一般而言，是否值得消耗燃料进行快速航行端视需求而定。比如说海运的货物和空运的乘客显然是基于不同的需求，付出不同的成本来选择不同的运输方式。再者，在这些转移轨道中，会有几条自由返回轨道。所谓自由返回轨道便是在飞行中途发生事故必须放弃飞行时，能够返回出发点行星的轨道，这必须谨慎选择轨道与出发速度才行。如失败的阿波罗十三号便是走自由返回轨道才能在中途放弃任务后返回地球。除了这些轨道转移动作的注意事项外，其它的航行原理就较为简单了。

太空船航行的运动原理乃是基于惯性定律。在一开始就提过，太空中没有阻力（其实是有，不过低到可以忽略），因此任何火箭想要煞车则必须消耗携带的燃料逆向喷射来减低速度，而前文提及的火箭公式中的最终速度则是指引擎全开到燃料消耗完毕所能达到的速度。因此前面的标准太空船的最高速度指的全都是太空船进行单程任务，无法回航甚至无法减速的速度。如果想要煞车，则最高速度必须减半。

简单的来说，加速一个物体到某个速度与在将其速度减为零消耗的能量是相同的，只不过方向相反而已。换句话说这是一个矢量的概念。当然就火箭系统而言，由于燃料的消耗让总质量降低，因而使加减速时消耗的能量并不相同，但实际上，以同样的燃料想要减速停止，则速度仍然会降低成单程最高速度的一半。而这种程加减速的情形仅会出现在朝向一个目标港口航行的情况下，若是想要在出发后能减速停止并返回母港，则根据同样的原理，速度将会掉成原先的单程最高速度的四分之一。而这个速度就是实际上的实用最高速度，同时也是实用巡航速度。

当然如果能出发到另一个港口补充燃料，则可以用两倍的燃料让实用最高速度达到单程最高速度的二分之一。如果想自行携带全程燃料达到相同的速度，需要携带多少燃料？各位读者不妨自己运用火箭公式计算一下。在此我们将不考虑这种情形，而以单程最高速度的四分之一当成实用最高与巡航速度。

在太空中是无所谓省不省油的，你加到某个速度后关掉引擎，则太空船仍然会依惯性等速前进，因此其理论航程是无限的。但由于成员需要的消耗品如空气食物水等需要补给，因此太空船仍有一巡航时间，不考虑加速时间的话，这个时间乘上实用巡航速度便是该太空船的实用行动半径。简单来说，这跟核子动力船只与有点类似。

核子动力船舰的行动半径并非受限于燃料，而是受限于食物等补给品与成员的心里问题。另外若能用光帆或磁帆作减速需求，则可以减少甚至不需要考虑减速会消耗的燃料，如此一来同样燃料携带量的太空船便可以达到两倍的巡航速度。但先决是要朝向太阳或是光源站航行，且使用的光帆重量不可超出原先减速用燃料的重量。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:34

基于相同的原理，太空船一般都会装备多具引擎。太空船的最终速度和引擎的推力与数量毫无关系，只和燃料有关。即使是仅装备一具低推力引擎，花费较长的时间去喷射燃料则仍然能达到相同的推进速度。以装备两具引擎的太空船而言，若其仅开启一具引擎则推力与加速度将降为一半，但燃料消耗速度也降为一半，因此加速时间为两具引擎的两倍。相乘之后所达成的最终速度是相同的，因此乍看之下似乎没有必要装备多具引擎。

但问题在于太空中毫无阻力，如果飞行途中发生引擎故障的事故导致丧失推力，则太空船将会持续永恒的飞行下去。想要拯救引擎故障的太空船是极端困难的，这与地球上的情形完全不同。在地球上若是航行器引擎故障，则航行器必定会因为空气或水的力而停止。若是乘客没有在迫降中伤亡，又不是迫降在恶劣地点如喜马拉雅山脉中的话，则至多在数天之内便会获得救援。但在太空中毫无阻力，丧失推力的太空船无法停止，又由于宇宙空间的巨大距离以及火箭系统的理论限制，因而会使拯救工作相当困难且耗费庞大。这是因为救难船必须以更高的速度，至少必须是两倍以上，才能够在第一艘太空船飞行时间两倍之内追上去拯救遇难船舰。太空船距离基地越远，救援来到的时间就会越迟，若太空船已飞行一个月而引擎故障，则两倍速度的救难船会在发出求救信号后一个月才能抵达。且救难船将消耗大于两倍的燃料。若是救难船增加速度欲更快抵达，则所消耗的燃料便会增加的更快，导致必须付出大量的燃料成本。

根据火箭公式，当太空船最终速度（单程）大于推进系统的喷气速度的时候，则任何微小速度的增加便会大幅增加质量比。当然在使用先进推进系统如核融合推进系统之时，一般的民用太空船之飞行速度由于经济上的考量，将不太可能超过其喷气速度。但是军舰则由于需要追求速度，便有可能发生此种情形。特别是追求高速的轻型军舰有可能在引擎发生故障后无法救援回收。因此追求高速的轻型舰反而较可能装备多具引擎，以避免因为引擎故障而完全失去动力的情况。

附带一题的是，多引擎太空船的喷射口必须是成对对称于质心切线，一旦一具引擎故障或损坏，则必须同时关闭对称的另一具引擎。否则推力力矩将会造成太空船的旋转，欲使用姿态控制引擎修正此旋转力矩将会消耗大量燃料，是十分划不来的事。

另外，太空航行的基地与目标不外乎以下几个，环地球轨道，环月轨道，环火星轨道，两个拉格朗日点L4与L5，小型星外围某处，环木星轨道等。这是以太阳系中的重点为主。地球与月球不用说了，火星的地位也相当重要。月球基地或许会比火星较早建立，但人口成长较快，发展较快的将会是火星而非月球。因为火星具有大气，有较好的农耕与生活条件，加上距离主要矿场与工厂的小行星带较近，可以就近供应燃料，食物与水，因此其人口增加速度与移民速度将会较高。

小行星带除了是矿场地带之外，应该也是主要的浮游工厂位置。这是因为太空中原料运输成本（必须用太空船运输）远比能量运输（可用光束传输，甚至可能就地开采，即使用运输供给，氘与氦三等融合原料无论如何还是比金属轻很多）来的高，再加上一般而言产品的重量会比原料矿石低，虽然空间可能比较大，但是太空运输的问题在于质量而非空间，运输重量较低的产品可以减低成本，因此工厂应该会朝向原料产地集中。

而太空殖民地的原料则可能先在小行星的浮游工厂生产出半成品的各种模块，再拖运至拉格朗日点组装。至于货柜船，邮轮，运输舰，油轮甚至是战舰则可能直接在小行星带的浮游工厂建造，因为那里有所有需要的原料。浮游工厂可以在无重力高度真空的环境下，生产出地球上不可能生产的极优良的产品与材料。如果需要重力的话，则可由旋转的离心力造出人工重力。

例如一绕轴心旋转的扁圆型工厂，在圆周部份具有最大重力，旋转轴心部份则是零Ｇ，可依需要生产不同产品，甚至可将生产线串接起来，在不同的加工程序中可以运用最适当的重力要求环境。

环木星轨道上则应该是主要的太空船燃料产地，应有轨道浮游工厂抽取提炼融合原料，再者由于燃料丰富，此地也该是主要的外太阳系与其它恒星系的长程探测船的基地，同时会有很多科学家聚集在此进行研究。

L4与L5两个拉格朗日点的太空殖民地与太空城市则应该是太空航行的集散与转运中心，地位当如同今日的香港与新加坡，这两个地点的先占权争夺可能会引起相当的冲突。另外需要一提的是水星内侧的环太阳轨道将会有大规模的太阳能发电系统以及用以作光压推进的聚光站。能量将以微波的方式传送给地球，月球与太空殖民地。这些能量供应站应当具有相当高的自动化程度，仅需要最少人力便可操作。这个地区的能量站提供大量廉价的能源，具有重要的战略地位，但并非无可取代，至少受控核融合发电便可以取代之，虽然必须付出较高的价格。

较重要的应该是往木星的航线，那应该是主要太空船燃料的供应地。不过即使这条航线中断，地球仍然可以由大海中提炼融合燃料重氢，月球也有相当大的氦三存量，而火星的氘蕴藏量则是地球的五倍。换句话说，往木星航线中断并非是致命性的，而仅只是稍微提高能源价格而已。真正具有无可取代的最重要战略地位的应该是原料产地与加工地的小行星带外围某处，这里的存废将会直接影响工业产品以及军事产品的质与量。另外地球本身，以及火星在粮食产量达到一个程度后基于粮食的需求应该也是战略要点。

再者，还有一个特殊的地方，在距离太阳约800AU的地方是太阳的重力焦点。自无限远方的宇宙来的平行光束经由太阳的重力偏转，将会聚焦在这个距离上。换句话说，在800AU的虚拟天球表面上等于有一个与太阳直径相同的超级口径的天文望远镜。这种解像力足以使其能够详细观察数十亿到上百亿光年外的银河与宇宙边缘的细部结构，因此这里将是天文学家的天堂，不过这跟一般人的关系并不大就是了。

就一般而言，太阳系内的太空航行应该是这些点之间的联系，在太空开发初期，大多数的运输能量将被用于运载工作母机与能源，以能在太空建立初期生产能量，一旦生产能量建立，大规模行星间运输能量将会成指数成长。发展到极盛时期，真正的运输动脉应该是小行星带的工业产品运输通路，地球的粮食运输通路与月球，火星或木星的能源运输通路。就乘客运输而言，会采取高速取向，在能够接受的成本内尽量以最高的速度来运输乘客，即使用快速运输舰。而对于产品与原料的运输，则应当是采取能源节省取向，以大规模，低能源消耗与长时间的型态来运输，即重型货柜船。而能源（特别是火箭燃料）则以介于两者之间的速度来运输。

至于往其它恒星系的航行探索则并不在本文讨论范围内，将来若有可能的话再另行撰文讨论之。
卷二太空战斗导论第一章背景环境篇
很多人都看过以太空为背景的各式科幻电影与动画，其中不乏大量的战斗场景。小型快速的战斗机或是机器人，巨型战舰，航空母舰，固定甚至是机动惑星要塞之类的双方或多方在近距离互射武器，你来我往，屏幕上各类死光交叉纵横。但有多少人曾经想过在这些场景之中哪里些是必然的，哪里些是在技术进步之后有可能发生的，而又有哪里些是毫无道理的呢？笔者本著HardSF的精神，在此开个半空想科学教室，为大家探讨一下太空战争中一些具有较大可能性的情况。

首先来讨论的是太空中可能会发生战斗的各种地点与情况。要讨论这个之前，首先必须了解何谓战争。战争者，对于有限资源的暴力争夺者也。所谓的有限指的是战争双方中，至少是其中的一方认为某项资源是有限的，其价值值得以暴力去争取者。因此甚至可能仅是某方或是双方主观认为的有限而非实际上的有限。另外政治资源也算是资源之一，为此而爆发战争也是有可能发生的。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:34

对于资源的争夺，一般有两条途径，其一是由己方来控制某项资源，其二是阻止敌方控制它。第一条途径会表现在对于资源产地的直接争夺上，第二条途径则是表现在对于资源运输流通管道的阻碍与维护之上。需注意的是，这两者在相当的程度上是可以互相诠释的。依照这个理念，战斗由于据点的争夺与交通的遮断与维持这两个目的而发生。前者不用说，行星或是太空中人造建筑据点，甚至是某个恒星系本身的争夺战。从区域太空优势到轨道轰炸与强袭登陆，甚至是直接摧毁行星或太空站之类的毁灭性手段，各种情形都可能发生。至于后者，则就是运输航线的遮断骚扰等通商破坏战与船团护航任务等情形了。

就第一个情况而言，战斗首先会发生在行星周边，浮游要塞或是恒星系周边航道上。这里所谓的周边很容易让大家有种狭隘的感觉，但要了解宇宙空间是很广大的。即使是行星外围，指的也是数光秒到数十光秒的距离。但是就恒星系外围而言，战场空间并不会随比例而放大。规模大到恒星系间战斗的时候，也只是在对于恒星系来说外围薄的几乎会让人忘了他的存在的一层空间上发生。

就相对上而言，恒星系周边战场空间与行星周边战场空间不成比例，但就绝对范围而言，前者则会比后者大上数十倍。实际上恒星系周边空域的战斗不太可能，或者说要很久以后才有可能发生。这是基于距离与太空船速度的因素，在行星系周边的战斗上，想要取得内线优势已经相当吃力了。对于恒星系周边空间而言即使是光速前进的太空船也不太能有效防御这么大的范围，而侦测距离也很难在短期内能够支持到此种距离。

慢著，我听到有人提到WARP了？很有趣的是这是一个矛盾因素，先不提WARP理论上与技术上的困难好了，虽然它可以让守方很快的赶到战场，但相对的，它也可以让攻方直接跳过守方在恒星系外围的防御圈，直接进入恒星系内部攻击目标。这会导致战斗也不会爆发在恒星系外层。换句话说，WARP其实是一种对于攻方能够产生的优势远大于对于守方能够产生的优势的一种技术。

以星际大战中的战斗机也能进行超空间跳跃的技术水平来分析，在这种技术已经成立的环境下是不可能有大规模中央集权的政府的，帝国也好，较强结构的宇宙联邦也好（帝国之前的同盟其实就是抄自美国的联邦体系），这种体系将会面临各种分离主义者，各地的游击武力与恐怖份子的巨大威胁。这些小型武装部队可以轻易的攻击中央集权政府的各个要害。因为在具有超空间跳跃能力的小型机之前，外围防线有跟没有是完全一样的。

极端的说来，星际大战中，反抗军其实可以直接把Ｘ战机中队跳跃至帝国首都行星或是各个重要据点行星附近对其进行一击脱离战术。而想要防护这种攻击，就必须在每个行星配置大量战斗机中队，轨道与地面防空系统等。而其花费将是游击武力的数千倍到数万倍。因为游击武力没有固定基地可以被攻击，故他们只要有一个中队的战机，帝国就必须在其所有的星系都至少配置两三个中队的战斗机来对抗，且这些战斗机还要维持完全警戒状态。很明显的这是不可能的，因而也不会有帝国或是联邦等政体存在，顶多是邦联等松散结合的政治结构或者说是集体安全结构。换句话说WARP技术的影响力将不仅止于战术层面，而会高达战略层面，甚至是整个恒星系或是宇宙文明的深层结构层面。基本上在没有WARP的世界，战斗将主要发生在行星或是恒星系周边就是了。

就第二个情况的运输航线骚扰阻绝与防御而言，主要也是会发生在恒星系内，各行星间的转移轨道上。恒星系间的运输可能性并不大，或者说未知性太高，同时甚至可能根本没有必要。因为至目前为止依据对恒星的光谱分析研究得出的结论是构成所有恒星系的基本物质是相同的。远方恒星系中有的原料在自己的恒星系中一定也有。而在智能生命把自己恒星系资源消耗完毕之前，会先发展出回收再生，原子重组或甚至质能互换的技术。

第一项不用提了，第二第三项除了大家熟悉的核能是由质量转换成能量之外，还有比较少人听过的各个高能物理研究中心都在用高能加速器产生新粒子，其就是在进行将能量转换成质量的步骤。就原子重组方面，或许在将来微机械(MicroMachine)技术成熟后会有更高的可行性与更低的成本。星舰企业号的电传系统，即将人转换成电波传送再予以复原的技术只要稍微更改一下便是很有用的点石成金术。只要把以资料形式传送的电波的内容动点手脚，就可以把出发时的石头的原子排列方式改变成在目的地形成黄金的原子排列方式（或是其它任何物质）。这些技术将会使恒星系间运输无法与之竞争。

当然，行星际太空运输由于成本较低或是技术不够先进时仍然会有重要的地位。而行星系间运输的干扰则很简单，用舰队去攻击航在线的商船与运输舰。这是唯一的方法，目前的布雷等技术是无效的。原因很简单，因为太空不是大海。宇宙是开放的，任何物体在太空中都无所遁形。当然一些低反光的陨石难以侦测，但机雷等人工物体由于需要侦测设备等因而会放出热源，虽然这个热源会比一般舰艇小，但是还是会比陨石易于侦测。另外一个原因是运输舰，特别是高速运输舰本身的陨石防护装置。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:35

和地球上大不相同的是地球上的商船即使碰到微小异物也不会有什么损失，但宇宙中即使是小如小指的陨石，由于运动速度都是每秒数十公里以上，无装甲的运输舰只要受到撞击必定会造成损失。虽然爆炸是不至于，不过货物的损失，燃料的外泄之类的都免不了。体积越大的运输舰受到撞击的机会越大，因此船公司为了省钱，必然要有对陨石的应对策略。由于商船当然不会装上装甲来浪费酬载，因此为了避免撞击微小陨石造成损失，一般都应该会选择装上固定的雷射雷达与小型的雷射炮塔用来蒸发或是推开前方航在线的小型陨石，并以运动来回避较大的陨石。特别是要进出小型星带外围的浮游工厂与拉格朗日重力平衡点等陨石群集之地的舰艇。

而这些避碰装备也可以轻易侦测到航在线的机雷并予以扫除或避开，因此一般的机雷是无用的。包装式的沈睡飞弹机雷由于体积大，需要装引擎与燃料因而价格昂贵无法大量部属，且在易于被侦测这点上与一般机雷是相同的，甚至因为需要具有侦测系统和动力的因素，可能更容易被侦测。因而也更不可能出现。

机雷另一个不能产生效用的原因是太空的广大。一条航线的宽度可以有数千公里到数万公里，而且还是三度空间的航线，故即使是用便宜机雷，也很难达到足够的密度。当然最太空船节省燃料的航线精确度较高，但这狭小的地带正是在舰首陨石侦测雷达的侦测范围内。因此想要阻碍运输还是得用军舰才行。只要一两艘小型军舰，其防护力与火力便不是民间商船的防陨石雷射炮塔所可以打发掉的。因而商船必须要绕道（意味著浪费燃料与增加成本），或者要求军舰护航（也是浪费军舰燃料与成本，外加分散战力）。

基于以上的因素，骚扰战术是一定会被执行的，护航任务当然也会。不过需要注意的是由于骚扰方通常必须回到母港，而护航一方一般可在目的地加油，因而即使两者用的是同等级的军舰，护航方的战斗速度与机动力将是骚扰方的两倍。不过这仅是战斗速度，骚扰方的优势则是由于其拥有主动权，其选择接战时速度将是其最高战斗速度。而根据太空船的航行原理，通常这也就是最高巡航速度。但护航方则由于必须跟随商船，因此最初接战瞬间，护航舰艇的速度将只是商船等级的最高巡航速度。由于商船以经济考量来设计，故这个速度不会很高。因此护航军舰必须有一段加速的时间，这使其在刚接战时较为吃亏，且可能成为第一击的目标。但护航军舰的较高加速度将可以使其在与本队商船相比时，具有很大的优势，能够有更多的机率残存下来。

基本上，对骚扰方而言，这可以是一个主要的作战，但对于被骚扰的护航一方而言，若是长期被动的被骚扰下去，会处于一个相当不利的地步。因而就护航方而言护航作为只是一个次要的战场，主要的精神将会用在政治解决或是发动另一个大规模攻势的军事解决方案上。
卷二太空战斗导论第二章武器系统篇
大致讲了战场环境，现在来讨论可能的武器系统。太空大战中可能会有那些武器呢？一般主要会以导能武器为主，直接撞击的质量兵器与飞弹等为辅。导能武器者DirectEnergyWeapon也，也有人翻成指向能量武器。讲白一点就是把能量集中朝某个方向发射的武器。雷射与粒子炮皆属之，以下分别介绍之。

1.雷射武器(LaserWeapon)

讲到太空大战当然少不了雷射炮。雷射炮属于导能武器系统之一，它有几个特点：

一，弹道速度与射速快。

雷射当然是光速前进，就射速而言通常也会比其它武器快些。

二，有效射程远与精确度高。

这点是从速度来的，如果要求同样的精确度，速度越快的武器当然有效射程就越远。这也就是你拿手枪打人通常比拿石头丢人容易打中的缘故。而在相同的射程要求下，也是弹道速度较快的武器精确度较高。

三，威力随距离递减。

雷射看起来象是直线，实际上还是会扩散的。60年代美国登月时在月球上放了个反光版，从某天文台向其发射雷射去测量地月距离。发射出去的雷射直径不到一公分，但是打到月球表面就变成一个直径约3.2公里的光斑了。所以雷射炮攻击目标时如果距离太远，则就会象是在帮人取暖一样，单位面积投掷的能量密度不足，照的到但打不穿。因此雷射的聚焦能力（扩散角）也限制了它的有效射程。

但是大家要注意，上面的例子只是用来让大家了解概念的特例，那只是测距雷射，武器级雷射的扩散角是非常小的。雷射的扩散幅度单位称为「微弪」(μrad)。1微弪就是百万分之一个弪(rad)。通常我们把雷射源视为一个点，把目标距离乘上百万分之一就是一微弪雷射的靶区直径。也就是说具有１微弪扩散角的雷射射击一百万公尺(一千公里)远的目标，则靶区将是一个一公尺直径的圆。而各种雷射的收束力有几微弪呢？这可以用一个简单的公式表示之：

rad=使用的光束波长(单位为μｍ)÷反射镜直径(单位为ｍ)×1.2

此为理论雷射扩散界限值。其中的μｍ乃微米，即百万分之一(10的负6次方)公尺。将该代入的数字加减乘除之后会得出一个答案，这就是使用某波长某直径反射镜的理论微弪值。如果使用波长为10nm(0.01μｍ)的硬Ｘ光雷射，外加直径十公尺的反射镜，则打到一光秒(30万km)以外会成为一个直径36公分的圆形靶。这是差不多的数字。通常由于能量密度的因素，光束靶直径大于一公尺的话算是扩散会太过严重，可能会打不穿装甲或是只削一个浅洞而已。故这种雷射的有效射程上限约在一到三光秒之间。又根据上面的公式可知，想增加雷射的聚焦能力(即射程)基本上有两种方法：使用更短波长的光束或是使用更大的反射镜。而前者远比后者困难，所以主要会以增加反射镜直径为主。

雷射反射镜多半是用抗热材料镀上数层特殊涂膜而成，并且也可以使用多个小镜片组合构成的复合反射镜组。复合镜组只要调整各个小镜片的角度便可以微调焦距，制造上也比单一巨大镜面简易，只是系统会比较复杂。另外要注意的是雷射炮可以在有效射程外做为雷达使用来侦测敌人位置。调整一下波长或是反射镜曲率便可以增大扩散角以增加涵盖面积，这样一来雷射虽然打不穿敌人，但会有一部份光线反射回来可以作为资料分析，就跟雷达一样。这可能是未来太空中的主要侦测系统之一。雷射炮必要时甚至可以作为通讯的工具，雷射炮塔也可以作为指向通讯的讯号塔。当然此时就要注意输出和距离，不能强到打破友舰。

四，雷射炮弹药价格便宜且数量庞大。

这个非常明显，雷射产生装置本身可能很贵，但用的弹药便是能源，而能源通常是很便宜的，弹药储存空间的问题也很小，雷射弹药的储存空间可以视为燃料的空间，甚至可以直接使用主引擎的动力而不需要携带他种燃料。如果是飞弹或是其它东西，则还有导向系统与引擎弹体的价格，还要浪费空间与酬载量去装，因此雷射武器的弹药价格与其它武器相比，可说非常便宜。

就目前的行情，一枚飞弹要数万到上百万美金之间，宇宙中用的大型飞弹将会更贵。但是目前雷射的燃料费一发只不过数百到数千美金而已(当然是地球上使用的低威力反飞弹雷射的价格)。雷射炮的缺点是与其它武器相比其威力不足，破坏范围较小，要防御也较方便。

但有一点要注意的是，船壳采用反射材质来抵抗雷射的概念是没有用的。高反射率材质在宇宙中极端不利于匿踪，它将会反射大量日光，使船舰可以在非常远的地方被侦察到。而即使是高反射率的材质也不可能反射所有波段的光线，此时只要侦测其吸收频谱便可以轻易攻击之。吸收频谱观察技术目前被大量运用在恒星与行星观测时的物质光谱分析上。也就是将从目标反射的光线(即目标影像)予以光学分析，找出其最易吸收的波段，这在分析光谱上是黑色的部份，亦即被目标吸收掉而极少反射出来的部份，便可以用可调频的自由电子雷射调整到该波段进行攻击，让能量尽量被目标完全吸收；再者若使用高能的Ｘ射线雷射与迦玛射线由于波长太短也十分难以反射，故反射防御法实用性并不大。

又，若船壳采用低反射率的光线吸收材质，则会不利于隔热散热，特别是在接近恒星的地方会大量吸热而导致机件故障，故船壳将会在匿踪与散热两者间取个平衡。但对于船舰本身的运转需求而言，隔热／散热的需求优先度将会高于匿踪的需求。

不过雷射是主要是让船壳吸收热能来打洞，因此若是在船壳中加上夹层灌进具有高吸热量的液体便可以吸收雷射的威力，亦可以对流来削减部份的热能与脉冲伤害。如此一来雷射虽然穿了洞，但是大部份威力将会被吸热液体材质吸收，然后这些液体从洞里流出去的时候由于外面温度是3k，所以会立刻冷凝把洞封住。

或者象是银英传动画中的伊谢尔伦要塞外壳的液态金属。雷射炮可以蒸发一部份，但金属蒸汽很快就会冷凝降回外壳表面。这就是把雷射的瞬间能量投掷杀伤的时间拉长以减低损害，这些防御方法在船越大预备空间越充足的时候越可能被使用，故大型舰对雷射防御力会较强。虽然雷射有这些缺点，但是其精确度，射程，弹药量高以及最重要的价格便宜的优点，应该会成为太空船的基本武器配备才是。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:36

雷射炮与下面要讲的粒子炮还有个特点，就是无法预知也无法闪避。因为那是以光速或是极近光速前进的武器，唯一的侦测方法就是其打到舰身上发生的震动。当然如果是阿姆罗、夏亚之类的NEWTYPE的话可以感应敌人心理从而预知其行动而进行闪避动作，但NT素质过低的杂鱼就办不到了。「必躲」的精神指令应该只有NEWTYPE办的到才是。这是0083里面有个小BUG，某一幕中浦木曾经先看到闪光而躲过光束攻击。勉强要解释的话只能说他看到的闪光是敌人MS的机体反光，不然他就得是NEWTYPE才行。

2.粒子光束炮(ParticleBeam)

粒子光束炮简称为粒子炮，它也算是导能武器的一种。通常人们把雷射炮与粒子炮这些导能武器通称为光束武器(BeamWeapon,BW)，这是因为粒子炮打出来的粒子团速度依种类的不同可能会到光速的90%以上，加上在地球上实验室里加速器的高能粒子束与大气分子撞击发光现象会形成一道漂亮的光束的缘故(宇宙中就不会如此了)。

粒子炮有很多种，基本上可分成带电与不带电两类，各有其特性与优缺点。荷电粒子炮所发射的粒子团带有电荷，视种类的不同正电荷或是负电荷都有可能。其优点是构造会比较简单，同时电荷特性会对目标的电路造成短路这些的附带伤害。当然这只是附带的，主要的破坏还是打洞。其缺点则是有效射程较短，因为荷电粒子团本身的粒子会互斥，因此会很快的扩散开而降低威力。再来就是它易受磁场偏转，故在地球或是其它具有高磁场星球周边使用的弹道偏转会让射击解算处理十分困难。

中性粒子炮则没有上述的缺点。由于弹药是用中性粒子，因此没有弹道受磁场影响而偏转的问题，也没有荷电粒子炮的互斥问题，使威力随距离下降的扩散效应也几乎不会发生。中性粒子炮通常会比较复杂些，有中子光束炮，发射中性粒子的粒子炮(例如发射氢离子在其出炮口时导入电子使之回复电中性)，或者是电浆炮(电浆是电中性的)。粒子炮的优点是威力通常比雷射大些，因为具有质量的关系。要携带弹药，但质量较少。所以虽然比雷射炮多耗些储存空间，还是比飞弹或是大型炮弹这些省。

粒子炮还有个特性，就是可以随时调整质量与弹道速度。例如以同样的炮管而言，若把发射的粒子团质量增加，就可以增大破坏力。不过弹道速度会因此而下降，也就是说精确度也会跟著下降。但这可以依目标距离来进行自由调整。如远一点或是小而高机动的目标使用较高速较轻的弹头攻击之，较近与较大较迟缓的目标则可以用较低速的大弹头来打。如此精度的降低便不至于有太大的影响，反而能更有效利用弹药与能源。

粒子炮的缺点是精确度与有效距离会比雷射炮低些，因为毕竟达不到光速。粒子团本身是可以一直增加能量来加速，但速度的增加会在接近光速时递减，丢进去的能量会增加粒子团的质量而不是增加速度，当然这可以增加破坏力，但对精确度的帮助就不大了。故基于经济因素，粒子炮弹道速度大致会限制在光速的95%左右。

其次就是粒子炮的加速器会非常长，比雷射炮的长多了(雷射炮大的部份主要是反射镜的直径)。使用环形的回旋加速器可以缩减体积，但有一个问题，就是在其切线方向会放出致命的辐射，几乎没什么挡的住。有个想法是用组合的方式，以环形轨道在其切线部份拉出线性轨道来发射，但还是要仔细安排让乘员避开辐射区。因此粒子炮的设计与装备会比较麻烦，系统会比雷射复杂，体积会比较大。

以上也就是银英传里的光束炮主要都集中在舰首的原因了，有很多人都质疑这点，但其实那是合理且是必然的(不过我不认为杀人魔王田中是因为知道理由才这样设定的)。能够在远距离击毁敌方大型军舰的粒子炮，其线性加速轨道会长到塞不进炮塔里，其长度甚至可能占舰身长度的90%以上，同时大型雷射炮的震荡管也有一定的长度，反射镜直径也会相当大。

而能装在炮塔里朝四方开火的主要会是中小型雷射炮，因为炮塔的长度限制会大幅减低粒子炮的弹道速度与威力，从而限制其精度。而雷射炮塔的弹道速度不会降低(光)，只是出力也不会很大。因此炮塔的功用主要是当作近迫防御武器，用来拦截接近的飞弹与战机这些皮薄的东西。注意这里的「近迫」指的至少也是几千公里以上的距离。

有一点要注意的是，射程从数百公尺到上百公里的步兵用微型光束兵器主要会是以粒子炮为主，反而不会是雷射炮。前面说过雷射的聚焦力跟镜面直径有关，而细细的枪管会限制反射镜直径，反射镜直径太小也会因为镜面散热的问题而有能量投掷限制使威力与射速降低，所以单兵用或是MS的微型光束枪发射的主要会是粒子光束而非雷射。

粒子束的速度与威力跟加速轨长度有关，跟枪管直径没什么关系关系，而枪一般都是长度远大于直径的。小型雷射武器作成战舰的炮塔炮管会较短但是会比较粗，从外表看起来甚至可能只是一个半球形而看不到炮管，要作成单兵用或MS用的武器则会变成粗短的管子，大概就象是短管火箭炮之类的样子。但是粒子炮受限于枪管长度，其射程远比同威力的雷射短。所以即使是使用具有战舰主炮威力的光束来福枪的钢弹也得很靠近目标才发射，战舰的话就是远远的射击了。

基于一个重要的因素，个人认为粒子炮将会是太空战斗中的重要，甚至是主要武器。关键就在于粒子炮乃使用质量弹头而非雷射炮的能源弹头。

一般粒子炮的质量弹头是以撞击的方式来发挥威力，在能源传递数量级上与雷射炮相比不会有非常大的差异。和一般的观念完全不同的是雷射炮与一般粒子炮的打洞方式对于太空战舰上并不一定能造成致命伤害，这跟工业革命以前，战舰火炮没有爆炸弹头的海战非常类似。因为设计结构与工程上的因素，太空军舰将会具有极为强大的防护能力。除非把敌舰打的千疮百孔，否则几发命中弹是很难让其失去战力的。详细的原因会在以后的太空军舰设计篇里提到。

但如果粒子炮发射的是反物质弹头的话那就是完全不同的两回事了。反物质弹头击中目标时，将会与目标的正物质发生歼灭效应放出能量，也就是说会发生爆炸。一毫克的反物质击中目标时，将会与目标表面的一毫克物质发生反应，总共两毫克的质量将全数转为能量。而这个能量则相当于430吨黄色炸药爆炸的威力，直接命中在船壳表面产生的430吨当量等级爆炸足以在瞬间重创乃至于摧毁一艘十万吨级的战舰，即使目标侥幸没有解体也会立刻丧失战力。举个浅显的例子，这相当于860发2000磅炸弹同时在尼米兹级航空母舰甲板上爆炸的威力。此外，反物质对消灭的破坏效果乃是来自于舰体表面的爆炸反应，而非雷射炮与一般粒子炮的穿透打击效应，故属于一种可以扩散破坏面积的攻击方式，因此其破坏力将远大于雷射武器。

注：一发2000磅炸弹装药量约为1000磅出头，约500kg。

以反物质粒子炮而言，做为弹药的反物质可能会以反氢离子或是反氢电浆的方式制造，并以磁场封闭储存之。由于粒子炮可以在开火前任意调整弹药投射量，故可以视目标种类与其距离之不同来选择不同的当量应付。这代表弹药总当量威力／总质量是固定的，但单发威力与可供射击次数则可视使用状况任意调整。例如总共携带10公克的反物质则共有430万吨TNT当量的总威力，能够以1毫克/430顿的射击模式发射10000次，或者用0.5毫克/215吨的的较低威力射击模式发射20000次。因此在使用弹性上非常大。

反物质粒子炮的使用有几个问题。其一是弹药的来源。反物质的生产耗能庞大，产量亦将极为稀少。一般的想法是在近太阳轨道配置大量太阳能光电板，用以驱动环绕太阳的环形粒子加速器来大量制造反物质。但即使采用此种最经济的方法来生产，反物质的产量仍将十分有限，价格也会十分昂贵。

第二个问题是反物质需要消耗相当大的能量以磁场封闭或是惯性封法来储存之，同时其运输的管线需要经过仔细的设计，采用集中储存法的话任何储存与输送时的失误都会立即造成致命性的大爆炸而毫无挽救的机会。为了要避免这个问题，应当会采取大规模的细胞室(CellRoom)储存法来微量储存，比如以十万分之一毫克为一个储存单位。这样即使一个细胞室故障让反物质漏出而发生歼灭反应也只有4.3公斤的TNT当量威力，不至于立即摧毁船舰造成无法挽回的损失。特别是在战场的严苛境中更需要此法来保证整个作战系统的安全运作。

但如此一来前述的10克反物质便需要十亿个细胞室来储存，这会让整个储存系统的重量与空间极为庞大，且其连结输送管路会十分复杂，并需要消耗十分庞大的动力。故小型船舰可能没有足够的空间与动力可以容纳大量的反物质储存细胞室，更大的问题是由于系统的复杂会使其造价十分惊人，这就会严重限制它的运用范围。不过只要在设计粒子炮时将反物质弹药的使用纳入考量，则粒子加速轨道将可以共享。也就是说设计来发射反物质粒子炮的炮管可以同时用来发射一般粒子团弹头或反物质团弹头，这可以增加运用弹性。但反物质粒子炮的运用最大的问题应该是反物质弹药的成本才是。受限于成本，其数量将会十分稀少。

反物质粒子炮的另一个特点，是它可以让轻型舰在近距离内具有击毁重型舰的火力，这是因为其威力来自于每发炮弹质量，而不是射击威力。当然，前提条件是轻型舰要能装的下反物质发射/储存系统才行。一般而言，粒子武器的弹道速度与使用的加速轨长度，以及动力源大小有关，在射击普通粒子团弹头的粒子炮里，这也直接影响其弹头之撞击威力与穿透力。

但反物质弹头的破坏力主要来歼灭效应而非撞击效应，加速轨的长度并不直接影响其威力。因此若轻型舰能装上反物质发射/储存系统，则其破坏火力与大型舰的差距便能够缩小。

一般而言，轻型舰的粒子炮可能由于加速轨长度较短与动力输出较低，因而使精确度与有效射程皆远低于重型舰，于是在远距离为了获得较高的精确度，必须使用较轻的弹头，这导致其在远距离接战时必须在火力与精确度上做一取舍。唯有在近距离可以在相同的精确度下使用威力足以击毁重型舰的较大弹头。

重型舰由于体积庞大，故可以容纳相当长的加速轨道与提供巨大的出力，使其具有很高的发射速度与极高的精确度及有效射程，当然在近距离时也可使用比平常更大的弹头，不过其在远距离射击的弹头威力已足以击毁大型目标，故并不需要于近距离提高弹头质量。这代表重型舰会倾向于远距离炮战，而轻型舰则必须拉近距离以增加威力。

其次就是由于动力源、冷却系统与储存系统空间的差异，重型舰的射速应当会远高于轻型舰的射速，而其携带的弹药总当量也会远大于轻型舰。也就是说，在射程、射速、携带弹药总量与单发投掷质量/威力上，重型舰会高于轻型舰，但若能依靠反物质的特性，在近距离轻型舰仍有击毁重型舰的机会。当然，太小的船舰会没有足够的弹药储存空间因而无法使用反物质粒子炮。

3.电磁道道炮(RailGun)

所谓的电磁道道炮，便是用电磁加速轨道发射弹头的武器，简称为磁道炮。从这个定义来看，磁道炮跟粒子炮其实是相同的武器。只不过后者发射的是极微质量的粒子团块，前者发射的是大质量的物质而已。地球上使用的磁道炮发射的弹头多半只有数公克，至多不超过十公克，这么轻的弹头只要以数公里的秒速发射便可以轻易击穿任何战车装甲。但大气中使用磁道炮是有限制的，过高的弹道速度会让弹头与空气剧烈摩擦而将其烧毁，跟流星一样。但太空中便没有这个顾虑了。

为了对付大型军舰，太空战斗中磁道炮发射的主要是公斤级的弹头，弹道速度至多达到秒速数百km到数千km，再上去就很困难了。这是因为磁道炮由于弹头体积与质量太大，故无法像粒子炮一样能够经由环形的回旋加速器进行长时间加速，只能完全靠线性轨道，所以其加速轨必定比粒子炮短很多。加上弹头质量大，同样出力下加速度会比较低。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:36

例如假设加速轨道长一千公尺，则根据中学的速度计算物理公式，我们可以算出在一千万G、一亿G与十亿G三种加速度下所得到的炮口初速：

V^2=2*a*s

(10000000*9.8*1000*2)y.5/1000=443km/sec

(100000000*9.8*1000*2)y.5/1000=1400km/sec

(1000000000*9.8*1000*2)y.5/1000=4427km/sec

这是使用Windows小算盘的自动计算公式，*9.8之前的数字即为以一倍地表重力为单位的加速度的倍数，大家可自行修改此数字，然后把等号(含)以前的部分复制到剪贴簿，再贴到小算盘里，即可立即求出答案。

从以上的计算结果可以看出，即使施以十亿个G的加速度，一千公尺长的磁道炮的炮口初速也只有秒速4427km而已。这个速度与光束武器的每秒三十万公里比起来实在是低的可怜。距离一光秒的目标光束武器只要一秒便可以击中，换成弹道速度4427/km/sec的磁道炮弹则要飞行68秒才能打到，并且前提还是炮管中的炮弹加速度还得要能够达到十亿倍重力才行。

另外，由于过大的加速度会摧毁所有电子机械仪器，以及高加速时弹头承受的巨大电磁场干扰（此为电磁加速原理，任何电磁加速系统均无法避免这个问题），故高速发射的磁道炮里面将无法装备任何引擎或是导引装置。这也就是说在同样的命中率下，其射程会远低于光束武器。所以磁道炮在远距离时对于机动目标几乎是没有用的，只能用来对付数千公里内的机动目标。

虽然如此，磁道炮却有个光束武器没有的特性，就是由于宇宙中阻力趋近于零，这种系统的射程几乎是无限大，其威力不随距离而降低。而光速武器与粒子武器则会受到弹头扩散的问题而有一个射程上限（不过粒子武器扩散的影响比雷射武器小的多）。所以磁道炮会成为太空船在距外对付大型固定目标的一种好武器。例如浮游要塞、小行星基地、月面基地或是太空殖民地这些具有稳定轨道的目标。

以上这些固定基地不需移动，没有运动所需的燃料消耗问题，所以其质量与体积可能会比军舰大上数千倍到上万倍之多。这使固定基地能够装备大量远较舰艇更长轨道与更大反射镜的粒子武器与光束武器，其火力与射程当然也就会比战舰上的同类武器高上许多。而应付这些固定目标最好的方法便是在其射程外发射大量威力不随距离而降低的磁道炮弹头。

由于固定目标的轨道十分稳定又难以机动，故命中率不是问题。而磁道炮弹药价格也会比使用飞弹低很多，所以磁道炮会成为远距离对要塞与对地轰击的主要武器。但需要注意的是对于攻击星球表面目标而言，它只能轰击没有大气的星球，如月面基地或小行星表面的基地。射击地球表面基地的话，磁道炮弹头有可能会在大气中烧毁，或至少受到空气干扰而使精确度降低许多。

具有大气护盾的星球会是难以攻击的目标。高能雷射会被大气吸收或偏折而大幅影响威力与射程，粒子炮则会被大气分子干扰而影响弹道，威力也嫌不足。反物质粒子炮则由于会与大气分子产生大量歼灭效应因而会使其在大气内的弹道无法预测，甚至在空中便被消耗完毕。唯一的方法是用低速磁道炮发射表面有隔热层，速度不高的大质量弹头轰炸星球，为了顾及威力，可能还得动用核子弹头。总之一句话，攻击具行星并不容易，特别是具有大气层的行星更是困难。这在以后的行星强袭登陆篇会有更深入的解说。在这里要指出的是低速大弹头的磁道炮很可能是行星降下作战部队所能获得的唯一的舰炮支持火力。而这种弹头质量与体积太大，无法与一般太空战斗中用的磁道炮弹头共享线性发射轨，必须使用特别(轨距比较宽)的轨道。幸好此种轨道亦可用以发射飞弹，不至于沦为单一用途而减低整体的战斗效益。

4.飞弹(Missile)

大家所熟知的飞弹也会是太空战斗中使用的的主要武器之一。但有几点要注意，与一般印象稍微不同的是太空战斗中用的飞弹会非常大。目前只有一种飞弹可大约类比，那就是洲际飞弹。原因非常简单，小型飞弹不可能追的上也不可能打的中目标。现今的飞弹之所以可以做的很小，小到甚至可以由单兵携带完全是因为使用化学推进剂。在目前所有推进系统中，最简单也最小的推进系统便是使用固态燃料的火箭引擎。大家应该都曾放过冲天炮，没错，那就是最小最简单的火箭。其它如液态燃料火箭与喷射引擎之类的体积就会比较大了。

需要注意的是，在太空船还在用化学火箭当作主要动力的时候，太空战斗是打不起来的。这就像还在使用蒸气机的年代不会直升机空降突击作战，还在使用螺悬桨飞机的时候不会有洲际飞弹一样。当人类进行大规模行星间飞行的时候必定至少是使用核能引擎，可能是核分裂，更可能是核融合动力。这才能够让太空船以经济上能够接受的速度与价格在行星间航行。而想追上核动力太空船就必须要使用核融合动力的飞弹才行。使用化学火箭的飞弹其速度在光束近迫防御系统眼中不会比爬行中的乌龟快多少。

核引擎是可以在技术成熟后缩小，但基于其特性，能够缩小的程度会有限制。比如核电机组也没法缩小到能够装进汽车的引擎箱里面。能够装到飞弹上的最小引擎有多大？这可以依照飞弹的飞行性能来分析。因为是在侦察到敌人位置(至少是大略的位置)后才发射，飞弹需要的是在几十分钟内的短时间内加到最高速的能力，不能像太空船一样可以悠闲的花上几十个小时甚至数天的时间来加速。因此体积小，高效率但低推力的核能离子推进系统就被否决了，必须使用具有大推力能在短时间内加速的热推进系统，这就表示几十吨甚至上百吨的推进系统是跑不掉的。再者，核融合燃料多半是轻元素(核分裂则使用重元素)，因此燃料箱会有庞大的体积。

而为了要增加速度追上太空船，甚至要能够达到军舰的十倍以上的速度以尽快穿越其近迫火力圈，飞弹的燃料必须带的够多，同时弹头重量必须尽量缩小。又因为大型军舰非常不容易击毁，而太空中的军舰会比地球上的同级舰更不容易被击毁(原因在以后的章节会有进一步说明)，因此弹头威力必须够大，数百吨到上千吨TNT当量威力的弹头是跑不掉的。但为了速度需求又不能真的装上数百吨重的炸药弹头，于是只剩下一种可能性：低威力的战术核子弹头。

根据前述推论，我们可以大致描述一下太空战斗中飞弹的形式，基本上本体形状与大小和现在使用的火箭非常像(目前的ICBM重量多在数十吨到上百吨左右)，但将会采用最先进的小型融合引擎，使飞弹弹头的终端速度能够达到秒速数千公里甚至数万公里以上。这使其得以在数十秒内突破目标的近迫火力网以增加生存性。其携带的弹头应该具有千吨级核武的威力，而为了在强大的光束武器近迫防御网中残存下来以击中目标，可能会采取多弹头的方式。

例如一枚飞弹携带十个弹头，在目标的近迫火力圈外释放，弹头群分布面积则以目标为中心含盖一个区域以增加目标闪躲时的命中率。现在假设核融合火箭引擎可以缩小到每颗50吨的水平，则一枚100吨重携带十个500kg重的末端归向核弹头的飞弹速度大约会在秒速8600公里左右。如果能把引擎缩小到20吨，则整枚飞弹的大小便可以减半，可以用50吨重的飞弹携带同样数量的弹头达到一万公里的秒速。换句话说，引擎技术是飞弹运用的关键。

至于飞弹的优点则和轨道炮相同，射程几乎是无限大的，威力也不随射程降低。只不过飞弹具有导引能力，所以有效射程会远比磁道炮大许多。只要得到目标座标矢量的话，飞弹甚至可以射击数十光秒到数光分距离远的敌人，当然这得花上数小时的飞行时间。攻击远方敌人时飞弹会在发射后把燃料烧到剩一点点以加到最高速，之后关闭引擎采取惯性航行，直到接近目标后再开启引擎做最后的修正，进入敌人近迫火网前切离推进段，释放大量体积与热讯号较小的弹头以增加生存性，而推进段的最后用途便是作为混淆敌人拦截解算的诱饵。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:36

磁道炮受限于轨道长度因而加速过大而无法装备导引与航向修正系统，速度也很难超过秒速一千公里。飞弹的加速度虽然比磁道炮低很多，但由于可以长时间的加速，故能达到非常高的终端速度。又因为装备了归向系统，在远距离时的精确度会远高于磁道炮与光束武器等直接射击的无导引武器。加上可以装备核子弹头，威力会远高于其它的武器，这方面上大概只有反物质粒子炮可以与其相比。

飞弹的最大缺点就是其价格。太空中的环境十分单纯，寻标与导航系统的技术难度并不大，因而这方面的成本不会多高。问题是每枚飞弹都需要一个引擎，还得是体积与重量最小、技术层次最高的引擎，核融合引擎并不像冲天炮一样可以在地下工厂随便做出来的。这种引擎会非常贵，且还是一次性使用就消耗掉了。加上飞弹的体积大，速度比光束武器慢许多，因此是可以预警也可以被干扰乃至于拦截的。军舰上也会有一堆雷射点防御炮塔，因此会有大部分的飞弹击中目标前就被拦住，唯一的方法是发射大量飞弹进行饱和攻击，期望其中能有一两枚能够击中目标。实际上也只要一枚命中弹头便可以击毁敌舰。但如此大量使用又会导致极高的成本，这就是飞弹系统要面对的最主要的问题。而使用多弹头可以缓解飞弹成本的问题，比如十枚弹头的飞弹比起单弹头飞弹而言，可视为引擎减少为十分之一，但此种减少效果有其极限。

有一点要特别提出的就是核弹头(或反物质弹头)等大威力弹头的破坏半径，这是常受人误解的地方。太空中和大气中是两个截然不同的环境，一般大气中的概念并不一定适用于真空环境。大威力核弹在大气中的破坏主要来自于冲击波损害，所谓的火球以及之后的冲击波破坏乃是因为核爆放出的能量(主要是光子)对周围的大气分子施以能量，将其瞬间加热，爆心产生的气体游离电浆团便是火球，被高速膨胀推出的气流锋面便是冲击波。

换句话说，大气是作为传递核爆爆震破坏（震波）的主要媒介。但太空中是真空的，没有可以传递破坏的媒介，因此不会有震波。此外，大气内核爆会由于发生「康普敦效应」而产生强大的电磁脉冲波（EMP），但康普敦效应的前提是要有大气分子参与，故于真空中引爆的核弹不会产生多少电磁脉冲波。因此太空中的核爆的威力只能以光子流等高能幅射线的方式辐射出去，因此实体与电磁破坏半径会远比大气中核爆小许多。

另外，核爆产生的中子流、辐射线等对人杀伤半径则会比大气中大，但辐射线却比较容易用厚厚的船壳挡住。又由于太空船的速度非常快，至少是秒速数十公里以上，惯性会非常大，太空又没有阻力可以煞车，所以太空船之间都会有数十到数百公里，甚至可能数千公里以上的避碰安全距离。而即使间隔上千公里，船舰彼此也还会在彼此的近迫武器射程内，因而仍然可以互相掩护支持。

因此太空战斗中运用的核子飞弹必须以直击来摧毁敌舰。即使是最强力的爆破弹头也只能一次摧毁一艘军舰，不会有一次爆炸卷入摧毁数艘船的情况发生。除非是超新星等级的恒星爆发威力那才有可能。不过那已经是终极武器了。

最后，基于加速的需求，太空中使用的飞弹会有射程下限。使用国中物理公式V^2=v^2+2*a*s可以算出物体移动距离与加速度之间的关系。在给定加速度与终端速度的情况下代入此公式可以求出物体达到最高速度所需的飞行距离。假设某飞弹具有100G的加速度，10000km/sec的终端速度，另外初始速度忽略，则所需的加速距离约为170光秒。若加速度提升到10倍的1000G，则所需的加速距离降为17光秒。低于这个距离飞弹就达不到最高速度。因此太晚发射的飞弹会因为无法加到最高速度，导致非常容易遭到对方的光束近迫系统的拦截。

附带一提，上述17与170光秒的距离可以视为飞弹需要的虚拟加速轨道。这其实就是飞弹与电磁道道炮的最大差别。因为飞弹的虚拟加速轨远比电磁道道炮长的多，在长时间加速下的最终速度当然就会远高于电磁道道炮的炮弹了。

5.广域光束兵器(WideAreaBeamWeapon)

这是种在科幻小说与ACG里常常可以看到的有趣武器系统。基本上在这里要指出这种武器由于限制太多与不切实际，其可能性并不高。

首先必须注意的是，雷射是聚焦发射的，反射镜直径必定大于具有杀伤能力的靶区直径。道理非常简单，用以将雷射聚焦反射的反射镜必须全部承受其威力并将其反射出去，既然雷射打到敌舰上可以对目标表面投掷能量造成破坏，则其同样会对反射镜造成伤害。雷射之所以不会在打到敌人之前烧穿自己主要是基于以下三个原因：

一、反射镜比靶区大，故单位面积承受的能量密度较低。

二、反射镜的能量吸收率多在0.1%以下，吸收率远比比船壳低，船壳由于需要有匿踪以及散热需求等而不能做到过高的反射率。

三、反射镜会有充分的冷却系统支持来降温。

基于以上三个原因，反射镜必定远大于杀伤范围，直径十公尺的雷射炮不会有超过一公尺的杀伤范围。想做广域雷射武器，反射镜面(或者亦可说是发射天线)的直径可能需要达到千公里到数万公里之谱，也就是说必须做的跟星球表面一样大。

粒子武器也相当类似。如果想在一个区域内投掷高密度的能量，发射源的体积(特别是横截面积)则必然会更大，否则在光束发射出去破坏敌人之前会先破坏自己。因此广域光束兵器必定有庞大的体积，这就是此类兵器的限制。

至于不切实际的地方则原因更明显。假如你知道敌人拥有广域光束兵器，你会把部队编成密集队形给人家打吗？很明显的这是不可能的，一定会采取疏散的方式。一般而言舰队即使间隔数万公里，仍然可以用光束武器有效的互相支持。如果间隔十万公里，则以光束兵器而言只需要约0.3秒的时间便可抵达，而一个广域光束兵器想要在此种编队密度中打到两艘以上的船，则光束源直径必须广达三十万公里以上。基于此一原因，对于广域光束武器的防御远比其运用简单许多，故此种兵器的制造与使用非常不切实际。

广域光束兵器的唯一可能性在于一般系统的附加使用价值。比如大规模的太阳能轨道发电厂便有很多光电板可以反射光线，用作光帆船推进支持的反射式光压推进系统也会有大量聚焦反光板。这些反光板基本上可能会配置在极近的太阳绕极轨道上(不会在太阳黄道面上，这是为了尽量减少对于行星的日光遮蔽效应以免对行星生态环境造成影响)，平常用以发电或推动光帆船，必要时则可以使之高度聚焦造出一个高能光束集中区，以来执行区域性的攻击任务。

例如光压推进用的光束聚焦阵列，那在平常时是用来聚焦造出一个广域性的光束航道提供光帆船团一个稳定航线，战时只要缩小此通道的面积便可增大其能量密度，这就可以有效烤焦覆盖区域中的任何物体。其强度并不需要达到能够瞬间气化融化目标的水平，只要使指定区域内能量密度高到船舰的吸热速度大于排热速度，使其热平衡温度上升到数百度的水平，便可以有效的摧毁敌舰。也就是把敌舰变成烤箱，盘子上放的则是里面的乘员与精密电子系统。并不需要以一般电影与动画中那么轰轰烈烈的方式来摧毁敌舰。

而此种兵器至多也仅能一次摧毁数个到数十个目标，不可能一次摧毁数千个目标。最后要提醒的就是，没有在光束杀伤覆盖范围内的目标不会有任何损伤。即使是人穿了太空衣在光束笼罩区域旁边一公分也不会受任何伤害。能量只会集中在通道中，不会扩散到旁边去。这是光束的特性。

6.其它武器系统

其它除了前述这些武器之外，还可能由于科技的进展而出现一些奇奇怪怪的武器系统。其中值得一提的有几种：

微机械炸弹。这是运用能自我复制的微机械做为武器。其大小可能是分子等级，将其释放以后，可以寻找事先设定好的原料来自我复制。如果设定的复制原料是敌人太空船的构成原料，则可以看到微机械附到敌人太空船上大量繁殖将其分解的情形。不过这也不是无法防御的，最简单的方法便是将船壳通上高压电或是加热之类的，而使用微机械也有反噬己舰的可能性。这种系统的可能性将视技术的发展而改变。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:37

WARP炸弹。这算是威力最大与效能/价格比最高的一种武器。将随便什么东西装上瓦普引擎，设定其跳跃目标点为敌舰的位置，使其进行强迫空间跳跃，则就会在敌舰内部出现物质重合的情况而发生强迫性的核融合反应。当然此种系统的前提是发展出WARP技术，并将其系统微型化到一个程度才办的到。只要WARP系统的价格能压到够低，这种系统可以说是最有效率的。甚至可以把军舰的垃圾压缩一下，WARP到敌舰内将其摧毁，一举两得，还兼具环保功能。

太空战斗中还有一部份武器系统主要应是在行星降下作战或是太空船太空舱组的强登作战中使用的武器。这基本上是步兵用而不是太空船的武器系统，最有可能被运用的是人形作战兵器。但不是机动战士里面那种MS，应该说是单兵用的动力装甲服。这并不是什么不得了的技术，实际上美国现今使用的制式太空装便是一种个人太空船。为了使士兵能在真空的环境下长时间活动，太空装自然是免不了的。又为了在强大敌人火力下生存，最好能够加上一些装甲等防护能力。结果就是单兵动力装甲服了。这种装甲服可能从作业用的太空装改过来，体积至少要小到能够通过通用的舱门口。

实际上由于太空处于无重力环境，太空作业并不需要运用到大型机器人，所以工作机组本来就不会很大。再者过大的机器人也会难以操作，最容易操作的机器人便是将人完全包起来，由乘员肢体运动直接控制的系统。这就是所谓「外骨架」或是「延伸骨架」的概念。将其加上装甲与武装便是很好的单兵动力装甲服了。补充一下，这类装甲服的环境调节一定会作的非常好。会不断累积热量的是目前注重便宜不重效率的化学防护装。现今的太空装就有充分的空调让太空人能够长期活动，当然目前受限于动力源因而独立活动时间有限。但这在技术层面上是可以解决的问题。关于这部分的问题，将再之后的行星强袭登陆篇内作更详细的讨论。
卷二太空战斗导论第三章侦测、反侦测与通讯篇
一、太空作战中的目标侦测方式

想要作战，首先便是要能找到敌人，其次则是要防止自己被敌人找到。至于在太空中如何侦测目标呢？基于环境与匿踪的需求，主要会以电子光学监视系统的被动侦测为主，而不会是目前的电波雷达。使用电波会有两个问题：

(1)失效的机率极大

即使是在今天，结构外型与电波吸收材料的发展已经使电波的索敌能力大幅弱化。而将来这方面的进展则会更明显。此外太空船外型没有航空机之类的气动限制，因此能够以匿踪为设计时第一优先需求，无所不用其极地降低RCS(雷达反截面积)，故使用雷达可能根本侦察不到目标。

(2)泄漏己方位置

雷达波一去一回，在己方能接收到足够强度雷达波以判定目标的距离之前，敌方会先以此来定位己舰的位置。假如雷达侦测范围是10光秒的话，来回即为20光秒，这表示敌方在20光秒外便可接收到相同强度的讯号从而得知己方的位置。

基于以上两个原因，雷达的唯一效用可能只剩航道陨石搜索闪避的功能，并且主要装在民用船只上。至于作战用的军舰则会使用被动的电子光学监视系统。

所谓电子光学监视系统，事实上就是一种电子光学望远镜。一般的望远镜必须将目标拍成照片，但照片的数码化需要人力介入故难以进行持续监测。而电子光学望远镜乃是使用大量的CCD阵列(注)构成的望远镜。此种望远镜获得的的分辨率取决于CCD的质量与数量，扫瞄到的资料直接以数码档案的结构储存并以计算机进行全自动的处理。配合强力的计算机，此类系统可以对广大宙域进行长期的全时监视侦测扫瞄。此外，军舰除了电子光学望远镜外，也会装备其它的光学望远镜，比如用以侦测中红外线与远红外线的系统。

注：CCD，ChargeCoupledDevice电荷耦合元件，用来作数码相机、望远镜的基本感光构成元素，其感应范围为波长在400～800nm的可见光以及波长800～1200nm的近红外线区段。目前最新型的CCD有更大的感测范围，除原本频带外，红外频谱感测范围可以增加到1200nm~1500nm，也就是涵盖近红外线的全部频宽。此外也已经出现可以侦测波长在350nm～100nm的紫外线频谱CCD。

电子光学监视系统基于其可以长期监视大范围面积的特性，于70年代就开始被用在需要24小时监视地表的早期预警卫星上。如美国的DSP国防支持计画里的早期预警卫星便是使用电子光学技术，目前的DSP卫星携带一组口径3.6公尺，拥有6000个CCD元素的望远镜，可以从三万六千公里的同步轨道上侦测到地表飞弹发射时的尾焰。而用以接替DSP卫星的次代系统名为SBIRS(SpaceBasedInfraredSystem,天基红外线系统)，分成高轨与低轨两个次系统，拥有更强的能力。除了可以侦测飞弹外，还可以侦测喷射机的尾流，甚至可以侦测轨道上已与推进段分离，温度极低的飞弹弹头。并且其由于同时配置了IR扫瞄阵列与凝视阵列，使其能够在扫描一个较宽区域的同时集中探测一个较小的区域。当有导弹发射时，SBIRS高轨道卫星的扫描阵列可迅速侦测导弹排出的尾焰，而凝视阵列则能持续跟踪尾焰，此种方法使其能连续精确地跟踪导弹的轨迹。

另一个例子是美国的陆基远太空光电监视系统(Ground-BasedElectro-OpticalDeepSpaceSurveillance,GEODSS)。GEODSS是美国专门用来监视地球轨道上所有人造飞行物，特别是高轨卫星的侦测站。此系统为在地球纬度相近的地区建立5个光电观测站以组成一个全球光电空间监视网，这5个工作站分别设在白沙(新墨西哥)、毛伊(夏威夷)、大邱(韩国)、迪亚哥加西亚岛(印度洋)、葡萄牙南部地区。GEODSS系统使用电子扫描技术，将望远镜观测到的图象转变成电信号，经计算机处理，滤掉目标周围的星体，在电视监视器上以光纹线形式显示目标。此一系统所使用之主望远镜为口径一公尺，由4096x4096个CCD元件组成的阵列，可以在同步轨道上(三万六千公里)侦获篮球大小的目标，效率远高于雷达或旧式的光学望远镜。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:38

值得一提的是，GEODSS系统在经过1996至1998年的改装，换装新型CCD元件后，投入近地物体监视计画(Near-EarthObjectProgram)以侦测可能对地球造成威胁的小行星体。期间内连续发现数个新的小行星，并且在任务中证实了其威力：改装后的GEODSS主望远镜可以在1AU（一亿五千万公里或500光秒，地球到小行星带前端的距离）之内侦察到直径100公尺等级的小行星体。

注意，此例中的系统是位于大气中的陆基系统，且NEOP计画里查找目标是本身不发热的小行星。同样规模的系统拉到太空中以免除大气干扰，加上以具有动力会产生废热的人造飞行体为目标，则侦测能力将有可能提升五至十倍左右。

注：美国空军太空司令部介绍GEODSS的网页，其中有白沙站的照片。

http://www.spacecom.af.mil/hqafs ... ts.asp?FactChoice=8

而将来类似但更先进的系统也会被配置在太空船上，成为太空船的主要侦测系统。在太空军舰上将会把使用宽频谱的光感元件阵列，或者也有可能混装不同频谱不同性能的元件组合构成整个阵列，这些元件阵列将以环带的型状布设在船壳上，并以光纤将收到的资料集中到舰内计算机中处理。而计算机将根据资料库滤除所有恒星、行星、小行星体与拥有固定航线的商船讯号，只留下不明的资料。此外，也有可能出现专职的侦察舰，即将舰体表面完全布满光感元件，以较高的元件数量来得到较大的单舰侦测分辨率。

不过，把光感元件直接暴露在外可能有易于受损的顾虑。此时也可能会稍微改良一下，将光感元件完全收到船体内，船壳外改布设单纯的光接收器阵列版（可能是光纤端子一类的），然后使用光纤线路将光子讯号收到船内，经过光量检测器、滤光镜（选择性路径）、分光装置等，最后再投射到光感元件上。如此不但可以物理上保护光感元件，还可在遭遇强光状态时，使入光先透过滤镜让能量降低至安全水平内，让系统能在强光环境下持续运作。最后更可以透过分光装置让光线同时进入对于不同波段敏感，或具有不同性能的不同光感元件或光学镜头内，以对入光进行全频谱的同步扫瞄处理。这种选择性的路径通过是电子光学系统的独门特技，目前已被运用在美国为NMD/TMD系统所发展的的最新型光学侦测仪器上。

底下是一个分散式全频谱同步扫瞄处理系统的简单流程示意图：——

分光装置——|-光感元件1-计算机1——|

|||-光感元件2-计算机2——|

光接收器——光量检测器——|||-光感元件3-计算机3——|——中央计算机

|||-光学镜头1-计算机4——|——

滤光镜——||-光学镜头2-计算机5——|

在宙域扫瞄策略上，则会将全天球划分成数百个区域，而光感阵列环带亦以一定数量的阵列构成群组，各群组分别负责各自的扫瞄责任区以进行全天球的目标扫瞄侦测，并在侦测到可疑目标时集中辨识加强分辨率，或使用大口径的望远镜执行进一步的目标辨识作业。

例如假设舰体某面阵列有共10k*10k的侦测元件阵列，则可以切成100个1k*1k扫瞄群分别对各自负责的空域实施扫瞄，但在某空域发现某目标时，立即集中此面所有元件对此目标实施高精度辨识，此时对此目标的识别能力等于一口气提升为分别扫瞄时的100倍。当然，群组分配比例可以视需求决定。

另外若是以舰队为侦测基础，更可以划分各舰负责的责任区各自扫瞄以增加反应速度，或是在需要时令全舰队针对指定区域集中扫瞄来构成具有巨大口径的多舰组合侦测阵列以提升侦测距离与分辨率。而舰与舰之间会以资料链统合整理舰队的侦测情报资料。一但侦获可疑目标，舰队可以指定不同的两艘船同时追踪目标，以三角定位来精确计算目标距离。以上这些动作都可以完全自动化，不需任何人工的介入。

例如目前ESA构想中的达尔文(Darwin)计画便是使用六具直径1.5公尺的小型太空望远镜组成的红外线干涉阵列望远镜，其等效观测能力相当于口径50~500公尺(平均约为250m)的单一大型望远镜。若使用更多的望远镜组成阵列，侦测能力自然也就会越高。

注：达尔文计画的网址

http://ast.star.rl.ac.uk/darwin/http://ast.star.rl.ac.uk/darwin/

需注意的是，这类监视系统乃是一种被动侦测系统。不会有电波雷达主动拍发讯号的缺点。但如果有需要的话，仍然可以使用雷射主炮╱副炮以低功率发射光束照射指定区域，再用侦测阵列接收其反射光来判定目标精确位置。不过大部分的情况下是不需要这么做的。

在这里我们必需考虑所谓的热力学第二定律：在自然界的过程里，热能只会从较高温处往较低温处传递。而将热能转换成动力的机器（例如太空船引擎）称为「热机」。无论任何热机，都只能将部份的热能转换成机械功，而其余的部分就会成为无法利用的废热流失。世界上没有百分之一百效率的热机，必然会在能量的转换过程中产生废热。

这个定律指出一件事，即太空船在引擎运转的时候必然会产生废热。而这个热讯号在电子光学监视系统的屏幕上将会呈现一个明亮的讯号。因此我们可以这么说：热力学第二定律注定太空船无法不主动放出讯号，也就注定其必然会被侦测到。

接著，由于太空中3k的背景温度和太空船的废热呈现一个巨大的反差，远高于地球表面目标和环境的温差，因此严重凸显了太空船本身的讯号，使太空船更易于被侦测。这使拥有巨大的电子光学监视元件阵列的太空船对于船舰目标拥有极高的被动侦测距离。以前述的GEODSS系统所展现出来的侦测能力等级来推估，配置于太空船上的大规模电子光学监视系统的侦测距离将可以达到数千光秒之谱。举个浅显的例子，这相当于一艘位于地球轨道的太空船可以使用其侦察系统搜获正位于土星轨道上的一艘长一百公尺的太空船（平均距离约十三亿公里，4300光秒）！而该太空船若以每秒一百公里的速度穿越这个距离则总共需时约为150天，即五个月。且如果使用舰队的集团整合侦察，则侦察距离可以再延长数倍。此外，从热源分布型态上可以大致辨识出目标太空船的型号。

由以上资料可以很清楚的发现一件事，太空船舰，特别是拥有先进侦测系统的军舰的侦测能力将会远远高于其武器射程与船只航程，这在过去的地球上是没有任何前例的。过去从来没有任何侦察单位能够在一个月以上的时间距离外侦测到敌人部队的情况，通常只有数小时的时间距离，只有构成完整组织的军团级、国家级侦察网统合协力下才能勉强获得数天到一周的侦察时间距离／预警时间，周以上的时间距离则通常只能由侦察以外的情报手段才能获得。而太空船舰几乎是每艘军舰都是单舰就具有这种超长程侦察能力，这完全是由于太空特殊的背景环境所导致的结果。

最后再提一下，这里所提到的侦测系统只有电子光学望远镜，不包含其它的系统，比如重力侦检器这一类东西。未来可能还会有其它更有效的东西出现，不过光只这一项，太空战舰就可以用的很高兴了。

又，基于能自动化运作、拥有长时间的宽广空域大量目标监视能力等特性，上述系统除装在太空战舰上，也会装在轨道卫星、太空站、浮游工厂或任何大型的太空平台上。其目的是为了要侦察接近的小行星体以防止自己遭到撞击。而各太空站的侦察平台将会互相分享资料，构成完整的的远太空小行星监视网，并在有需要时对各单位发出小行星体接近警告。此外，对于高速的微流星体、小型碎片与大型尘埃颗粒等防护则将会使用微波雷达在大约五千到一万公里的半径以内进行扫瞄，并使用雷射炮执行清除作业。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:38

以上所说的是军舰使用本身的舰体感测阵列实施侦察的状况。除此之外，也有在必要时使用无人侦察装置实施长程搜索的方法。最简单的方法就是把飞弹拆掉弹头，换装侦察头（较小的球型感测阵列）与通讯装置，并发射到遥远的距离外实施侦察作业。此法可以弥补舰体侦察器的不足。

例如假设舰体感测阵列侦察范围是4000光秒，若想要对于8000光秒外的宙域实施侦察而派出秒速一百公里的侦察舰，需时五个月才能抵达能将目标区纳入侦察范围的位置。若是使用秒速一万公里的侦察飞弹，则大约在发射后70hr后就可以获得目标区的一些资料。虽然侦察飞弹的小型侦察头侦察能力远比不上军舰舰体传感器阵列，可能只能扫瞄飞弹外围数十光秒的区域，但三天后可以得到的少量资料无论如何都比五个月后才能得到的详细资料来的有用。

而敌人的点防御系统虽然有能力拦截飞弹，但距离要近到一两光秒内才有可能，因此若侦察飞弹真的被摧毁，在之前一定可以先发现敌人。

总而言之，这是一种无人的小型高速长程战略侦察机的概念。地球上的长程战略侦察机一定很大，可是宇宙中只要是自动飞船的话，航程就是无限的，因此一两百吨的小行飞弹就可以达到长程侦测的效果。

二、反侦测的策略

相对于太空战舰的强大侦测能力，其反侦测能力就比较低了。

关于雷达匿踪部分几乎可以视为100%，也就是说，宇宙军舰是绝不可能被雷达侦测到的。这不是什么神奇技术，就在今日的地球上，匿踪技术便已经进步到非常接近此种理想的等级。目前世界海军最新型匿踪舰是2001年下水的瑞典Visby级飞弹巡逻舰，其匿踪能力强大到即使在海象良好的情况下，也要接近到22km才会雷达发现，恶劣海象下搜获距离则会减至13km，如果再配合电子反制措施，上述两种情况下被雷达发现的距离分别进一步降至11km与8km。这四个数字都低于其上所携带的武器射程，甚至也低于目视距离。而未来在太空战舰上，雷达匿踪能力只会更好不会更差。

最大问题在于对于被动光电侦测系统的匿踪与反侦测。受限于热力学第二定律的根本理论限制，这个问题是无法可解的。所谓天要下雨，娘要嫁人，天意如此，谁都没办法。

有人可能会这么问：「任何定律都可能被推翻，说不定哪里一天热力学定律被推翻，或者出现了新的定律那也未可知啊？」

这个问题问的好，答案是如果哪里一天热力学定律被推翻，那么我们也不需要搞什么宇宙战舰光学匿踪了。因为若是热力学定律被推翻，则死人就可以复活了，到时还匿什么踪打什么仗？

以上这可是千真万确，不是说著玩的。不要以为这是在开玩笑啊^^

闲话休提。虽然做不到被动侦测的光学匿踪，不过也有增加敌方侦测难度的方法。但是需要注意一点，不管再怎么侦测，效果都很有限。绝不会像雷达匿踪一样能达到数千数万分之一，甚至完全匿踪的地步，能把对方的侦测效率降低一半就已经很了不起了。其策略大致如下：

(1)以背著恒星、行星的角度攻向敌人

这是最直接的想法的。这种战术自从飞机发明以来，是蛮受欢迎的战术。不过执行这种战术得要有个先决条件：必须知道敌人的位置，至少大致知道其来向。只有这样才能让自己移动到与恒星和敌人成一直线的位置。也就是说，得先侦测到敌人，或是设定对方行动路线才行。

这虽然有一些难度，但还是有可能的。因为光学系统还是会受到某种程度的逆光影响，因此位置的不同，背光与逆光的差异会让两方的侦测距离产生一些差距。而这不必完全背对恒星行星，相对位置够就会有一些影响。

需要注意的是，这种方法有使用限制，一般只能在火星以内的近日行星使用，即使在火星轨道，日照也只剩地球轨道的一半而已。在远一点的行星轨道，太阳的效果就会降低。而日照的威力是随距离的平方而下降的，在冥王星轨道看太阳时，只不过是一颗比较亮的星星而已。这在航海家二号飞过冥王星后，转身对太阳系作最后回顾时所拍的照片里面可以清楚的看出。

其次就是，即使一艘船在近日行星背著太阳，但不会就因此而使对方看不见自己。侦测系统仍然可以搜获背对太阳的目标，最简单的方法就是使用掩星效果。玩过天文望远镜人应该会知道拍摄所谓「水星凌日」的方法，那就是将望远镜对准太阳，放张纸片在观测位置上，则当水星横越太阳时，其遮住太阳的影子也会跟著投影在纸片上，这就可以清楚的看见「水星凌日」的效果。这种观察阴影的技术就是侦测背对恒星、行星目标的理论基础。

人类不能或是很难用肉眼看见背对太阳的目标，但这可不表示机器办不到。大部分人应该都看过在太空中直接拍摄的巨大太阳的照片，这些照片的存在本身就是最大的证据。

现实中存在有所谓的「太阳观测卫星」，主要工作就是专门拍摄太阳的照片以研究太阳。这一类卫星有NASA的先锋五号(Pioneer-5)、OSO系列一至八号(OrbitingSolarObservatory,轨道太阳观测台)，SMM(Solarmax,太阳峰年)、TRACE（TransitionRegionandCoronalExplorer），NASA和ESA(欧洲太空局)的国际共同合作的SOHO(SolarandHeliosphericObservatory)、尤里西斯(Ulysses)，日本的阳光号等等，甚至连太空实验室(Skylab)都拍了15000多张太阳的照片。

注：NASA的太阳观测卫星SOHO的网站，其中有许多太阳照片

http://sohowww.nascom.nasa.gov/http://sohowww.nascom.nasa.gov/

事实上，观测太阳是有必要的。因为观察太阳表面、黑子与日珥的任务是预测太阳风暴的重要程序。太阳风暴会干扰通讯与电子仪器，影响信息流通与交通，特别是民航航线、卫星与太空飞行任务等受到的影响最大。目前NASA与各国的天文台、气象局都会在需要时对一些单位如民航单位、太空单位甚至电信单位等发布太阳风暴警告。而这些警告的主要资料来源就是太阳观测卫星。同样的，太空船舰也需要知道这类信息，而他们的资料来源就是自己观察。

一般要拍摄太阳相片的方法，就是以特殊滤镜挂在望远镜头上拍摄。而光感阵列的电子光学系统则会使用特殊的元件的阵列来拍摄，或者也可以让入射光先透过滤镜。前面曾提到的全频谱同步扫瞄处理流程中就可以同时包含滤镜和特殊光感元件这两种元素。当面对太阳、行星时，入光量检测器会改变线路让入光进入强光对应路径。而背对太阳、行星的目标，就会在明亮背景上留下清楚的影子。

因此背对太阳的方案虽然有其效果，但最多也只能使太空船在这个方向的侦测距离降低一两个百分点而已。不过即使是一个百分点，也总比完全没有好。特别是在双方距离十分遥远，正在进行战略机动的时候，此法还是会有点用处。因此在可能的情况下还是会使用此种战术的。

(2)近距离核爆闪光干扰

因为太阳本身就是一个无与伦比的超级大核弹，因此前述的强光对应机制也可以应用在此种情况下。不过极近距离核爆的辐射线、热能可能会破坏船壳上的某些光接收器（但这不属于干扰而应属于战损）。因此太空船表面会常驻有自动或遥控的机器人修理队，以在需要时即时抽换的方式随时替换修理坏掉的光接收器阵列元件。当然，这些机器人同时也会修补船壳破洞与其它外部受损的系统（如果有的话）。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:38

另外需注意的是，此种干扰方式只在两方交火之后才会发生，或者说属于作战时的附加效果。当两方都处于战前索敌状态，连对方的影子都还没看到时，缺乏射核弹的目标，如此自然是无从对敌加以干扰的。而前述的与星球相对位置的干扰效果则视双方战略位置而定，有可能在交火前就能发挥效用。

(3)释放烟幕干扰

在太空中使用烟幕？这可不是简单的打开瓶盖就好了。首先在超真空的环境中，气体会以极高的速度扩散稀释。其次由于太空船是以极高速度前进，在我们的设定中是秒速一百公里，这一来烟幕需要覆盖的空间就小不下来，连带的量也会十分庞大。

很多SF与FHN(比如钢弹、银英传）里面都有粒子散布的场景，其实其设定里面最大的问题就是粒子密度的问题。比如米诺夫斯基粒子、指向性杰服粒子这些的，到底需要多少才能产生效果？大家不妨计算一下构成粒子烟幕的条件，看看一方公里的空间中需要释放几吨的粒子才能达到需求。若是在一万「公里立方」的「极小规模」战场空间又需要多少吨的粒子。

我们不知各种粒子「战斗浓度散布」的浓度是多少，姑且以地球表面空气密度为基准，标准大气的海平面密度为其质量为每1.225公斤／立方公尺。以这个密度在一立方公里的空间内平均散布粒子，总共需要1,225,000吨重的粒子质量。

银英传里的战舰重量多少？查不到资料。不过钢弹倒是有的。鼎鼎有名的原祖飞马级强袭登陆母舰白色基地，全长250公尺，重量68000吨。换句话说，要在一公里立方的空间中释放米诺夫司基粒子，使其达到一般大气空气的密度，所需的质量相当于18台白色基地。

不要忘记，宇宙战舰会以高速前进，所以在小区域内释放粒子是没有用的。假设有一万艘秒速100km的战舰以100公里间隔构成一个垂直正方形。整个阵型在100秒内将会航行前进10000km扫过的体积为一万公里立方，则要在这个方块以标准空气的密度来填满粒子，不管是烟幕、杰服或是米诺夫斯基粒子都行。总共需要几吨的粒子呢？答案是1.225e16，也就是1.225乘十的十六次方公吨的质量。

我们把标准放宽，把粒子密度降到标准空气的一亿分之一好了。这样可以减去八个零，剩下1.2250亿吨而已。从这个计算，我们可以简单看出在太空中施放烟幕／粒子的可能性非常低。

简单来讲，太空之所以称为「空」，是有他的理由的。

(4)指向光束主动干扰

就是直接用强力光束去干扰敌舰。其性质类似于电波雷达时代使用指向电波实施压制性干扰。此方案的前提条件也是要先侦测到敌人，而且要有足够的目标精确度才行，不然干扰光束无从对准敌舰。故一般只能用在交战时。

一般而言，与其说这是太空战舰主要的作战干扰方式，不如说是也只剩这几个方法而已。此法在执行层面上需注意几个问题：

首先，需要有射控等级甚至以上的精确度。使用雷射主炮对敌人实施干扰，必然是在大于标准的攻击射程的时后。因为如果在射程内，则直接使用主炮打破敌舰就好了，没有必要浪费时间去干扰敌方。反过来想，就是因为敌我距离超出主炮破坏射程无法实施破坏性攻击，所以只能稍微加宽光束试图进行干扰。而虽然光束可以加宽，但距离也变远了，对于精度上的要求将不亚于主炮的射击。一般而言，此种干扰的应该在光束武器破坏距离的两倍之内，大约不会超过10光秒。

其次，每艘船一次只能干扰一艘敌舰。在武器篇曾经提到过，太空中不管敌我舰队，舰与舰之间都会数百上千公里的间隔距离。而战舰等级出力的雷射主炮如果改变焦点把光束放的太宽，则能量密度当然就会降到太过稀薄，无法对敌方产生干扰效果的情况。而雷射光束的能量密度，与光束口径是成平方比的关系。

举个简单的例子，假设某舰雷射主炮实施攻击于一光秒外命中敌舰时，其光束为直径一公尺的正圆形。同样的距离下改变焦点把光束口径增加到一百公尺，则面积将变为原先的一万倍，单位能量投掷密度将会降低到原本的万分之一，若口径增加到一公里，则能量密度更会降低到一百万分之一。显然若光束太宽，能量密度就会低到无足轻重，甚至不能迫使对方的传感器进入强光对应机制。因此只能实施一对一的干扰。

最后，由于双方的军舰传感器都会有强光对应机制，因此这种方法的效果和背对太阳一样，只能降低对方几个百分点的感测距离。又由于非得在近距离使用不可，所以实际上的用处甚至比背对太阳还小，是一个典型的有效果但没用处的例子。

最明显的例子就是，假设敌舰侦测距离是两千光秒，则背对太阳可能让对方侦测距离减少个几十上百光秒，在双方距离遥远时还有点用处。可是当双方距离只有十几光秒即将要交战的时候，再怎么干扰都没什么用处，就算很神奇的能让对方侦测距离少一半好了，可是两千光秒的侦测距离减掉一半也还剩一千光秒，而目前敌我距离却只有十几光秒

(5)以诱饵混淆

这个是比较实际的方法。充气模型做的好的话，会有相当程度的效果。但需要注意不能用单纯的充气模型，要能有相应的放热能力，否则在红外频谱的侦测时就会曝光了。另外，也不能用什么热焰弹，这不要说在未来，就是现在也骗不过新型的焦平面凝视阵列寻标头。至于金属片则是用来干扰雷达的，对于不用雷达的家伙就象是垃圾一样。诱饵一定得做的有模有样才行。

比较大的问题是，当对方以全频谱感测将资料互相比对时，模型就很容易露出马脚。全频谱感测除了使用全频宽带元件之外，也可能是在阵列中整合了分别涵盖各频段的不同元件，在之前的侦测系统构成的描述中有提及。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:39

其实这是个人类常犯的想当然尔的问题。因为在人眼来看，只要形状颜色一样，其它的就分不出来了。不幸的是，机器的眼睛并没人的肉眼那么逊。人类肉眼可见光波段在400～800nm，使用波段在800～1500nm的近红外线以及350nm～100nm紫外线频谱，就可以在一定程度下看出物体的热源与材质特质。换句话说，诱饵除了要有可见光波段的伪装外，还得在针对另外这两个频段区域进行伪装。而最大的问题是，这种伪装方法并不容易。

这是因为在化学里面，有种叫做光谱分析的技术，常被用在天文观测上。此种技术是观测物体发射或反射的光线，其学术名称叫做「发射与吸收谱线」，从差异中检查出其构成元素、温度，有时甚至可以从光谱红移或蓝移规模估计出目标的速度与方向。几十年来人们使用此种技术来分析数千万光年的星系构成的物质，要分析数百上千光秒外的物体构成当然是轻而易举。而发射、吸收谱线是物质的一种物理特性，只根据观察目标的构成元素而定，因此是无法伪装的。

换句话说，诱饵不但形状大小与发热量要与真货相仿，连表面材质也要一样才行。最坏的情况是，你需要为诱饵准备一个外壳。虽然很薄，但材质却要与己方的舰艇相同，这会造成诱饵的制造、携带与布放难度大增。

不过，也不是完全没有机会。有个构想就是在所有船舰表面上一律漆上指定涂料，而诱饵则是用模型气球喷漆。这一来就可以使模型诱饵表面的材质反射率与真货一致化，如此就能有某种程度的鱼目混珠的可能性。

当然，模型诱饵里面热源产生器等辅助装备是必要不可缺少的，而且放热特性、热源分布必须与模拟的真实舰非常类似，否则是马上就会被看穿，不是随便放个怀炉在里面就可的。因此模型诱饵的重量与成本都会达到某个程度，携带数量就会受到很大的限制。

附带一提，环境对于模型的使用也会有很大的影响。比如在内行星区域就必需考虑恒星照射对军舰与模型诱饵的加热程度差异问题。这也会影响模型诱饵的运用。

需注意的是，使用模型诱饵对降低被侦测率没有任何帮助，它只能增加敌人的目标，帮忙分散敌人的炮火而已。所以通常只能用在交战或即将进入交战时。如果在敌人还没出现就放出模型，从整个舰队的角度来看等于热点增加，反而会增加舰队的被侦测机率。

在这里必须提到一件事，地球环境中有所谓的「热辐射匿踪」的考量。因为热辐射也是（或者将是）导致被侦测的重要因素。在大气环境中有所谓的「大气窗口」，也就是某些波长的电波／辐射线可以传播很远的距离，而其它波长的电波辐射则会很容易被吸收，无法传播很远。而匿踪载具应尽量避免在窗口波长释放辐射，可能的话，最好将辐射波长特性改变，使其偏移窗口而能很快被大气吸收，如此方能不虞被远方敌人侦测。

故美国在匿踪飞机上除了设法降低排气温度外，往往也会使用特殊材料或涂料来喷涂热点。此法不会降低热能辐射总量（此值只受温度影响，是理论限制），但有可能改变辐射的波长，使其产生偏离大气窗口的效果。这就是所谓的「抗红外线涂料」的运作原理。不止飞机，目前许多军舰、战甲车都有使用这一类的涂料来提高对抗红外侦测的隐身性。

不幸的是，太空中没有大气，因此也就没有可以吸收特定波长的窗口可言。故太空船抗红外线涂料就算涂得再多也无法降低被侦测率。这也是太空中匿踪困难的另一个重要因素。

最后诱饵除战斗时用以欺敌外，拿来执行战略层级的欺敌作业也是可以的，这是太空环境的特点。整只诱饵舰队只要放出去排好阵型，就会持续惯性前进，这时主力舰队可以转弯走别的路线进袭。这种作业一般应该会在数十至上百光秒外执行，也有可能在数千光秒外实施，以将敌人舰队引诱至错误的方向。

(6)主动热能转向储存系统

这是可行性与效果比较高的匿踪方法。其所依据的理论一样是热力学第二定律。热力学第二定律里除了提到热机外，还有另一种相反过程的装置叫做致冷机（Refrigerators）。其操作程序为外界对它做功，让它能由较低温的热库吸取热量，并将它完全排放到较高温的热库中。与没有100%的热机相同，我们也不可能制造出理想的致冷机，整个过程只是从较低温处吸取热量，并将它完全排放至较高温处而已。致冷机的最简单例子就是电冰箱与冷气。

简而言之，太空船动力系统属于热机的一种，其散出的废热将使其极易遭受侦测。若在太空船上针对某些热点装设致冷机吸取其热能，并将热能储存在船舰内的热库中，则太空船对外散出的热能就会降低，从而降低其被侦测的可能性。例如假设太空船启动致冷机之前，船本身的热平衡使船外壳平均温度达到320k，启动致冷机之后，则有可能将船外壳平均温度降低到300k。此时船体的辐射热将会降低，可降低己舰遭到侦测的可能性。

但此种致冷程序将会造成一个现象，即将外壳热点维持在一个较低水平的同时，舰内热热库所储存的热能(即其温度)将会逐渐提高，当热库温度越高时，致冷效率将会逐渐下降，所需投入的能量将会越来越多。而到一个极限时将会需要关闭致冷机，实施放热作业将热库能量一次放出。此时船舰的平均温度将会在短时间提高很多。

简而言之，这是一个主动的热能转向系统。可以投入能源的代价在一个时间区段内暂时储藏热量以降低船舰的被侦测性，并在时间结束后将热能全部放出。换句话说，这是一个限时的有限程度匿踪系统，效用维持时间视船体与装备的不同，应该在数小时到十数小时左右。

此种匿踪系统的最佳开启时期应该在船舰加速到最高巡航速度并将航向指向预定目标后，关闭主引擎（或使之维持低功率运转）实施惯性飞行一段时间，此时船体热平衡温度将低于加速时期。在这时使用超导电池所储存的能量来驱动致冷机，使船体温度与热讯号进一步降低，在致冷机运转的时间内争取潜进目标与及早发现敌舰的机会。并在双方交火或己方确定被侦测后，才关闭致冷机实施放热作业，并重新启动主引擎。

需注意致冷机的效果有其限制，当热库与冷库温度越高时，效率将会越低。同时也不可能把一艘平均温度在320k（摄氏46.5度）的太空船冷却一两百度到220k，因为有热库相对质量容量限制的缘故。一般对一艘大型军舰而言，至多降低数十度，并维持十个小时左右。

至于温度下降获得的效果，可参考热辐射公式：

Eb=αT^4α=Stefan-Boltzmannconstant

从公式可以看出，同一物体之辐射热能与温度的四次方成正比。假设主动热能转向储存系统将船壳平恒温度降低20度，从320k降至300k，辐射量将降为原先的77.24%。若能降低40度，则辐射量将降为原先的58.6%

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:39

从以上的公式亦可看出，起始温度对于效果也有重大的影响。例如若维持同样的降幅，但起始温度从320k提升至420k，则温度降低20度与40度带来的新辐射热量将分别为82.27%与67%，可看出虽然温度降幅相同，但辐射量减少的效果明显降低了。这种情况指出一个重点，即在近日行星附近的日照强烈使船壳温度大增的情况下，主动热能转向储存系统的效能将会受到很大的影响。

而这一类主动热能转向储存系统一般只能装备在具有较多的超导电池与较大热库容量的中大型军舰中。基本上越大型的军舰，除电池与热库容量较高带来的较长热能转向时间外，亦可提升致冷机的效率使船体平衡温度降的更低。基本上这就象是大冰箱通常能够比小冰箱来的冷一样。

需注意的是，是，军舰在降温前的平均温度不会因为大小不同而有太大的差异，因为较大的军舰虽然需要消耗较高的能量，但同时也有较大的质量来平均吸收废热使船壳温度不致大幅提升。简单的例子是甲乙两桶水，甲桶一公升，乙桶十公升，两者质量相差十倍。假设对甲输入热量一千卡，乙桶输入一万卡。虽然输入的能量有十倍差距，经由质量差距加以平均，两桶将同样上升一度。

事实上，如果就能量使用效率来分析，一条十万吨等级军舰平时运转消耗的能量将不会达到一万吨等级军舰的十倍。因为规模的增加不只增加消耗的能量，同时也会使能量利用效率也跟著增加。这是工程学与经济学上的有趣现象。当然这指的是平常航行时，而不是装备特殊武器并予以发射的情况。在平常的情况下，一条大船的温度可能反而会比小船低一点点，差个一度半度左右。

到此我们可以大致描述使用此种主动热能转向储存系统的效果。从对方侦测系统看来，较大的军舰可能是轮廓大而黯淡模糊的光点，较小的军舰则会是较小而较亮较明显的光点。因此而会出现较小的船舰反而比较大的船舰容易被侦测到的奇异状况。

最后，此种主动热能转向储存系统在运转时所能获得的匿踪优势，应该直接正比于其降低的辐射热量。在遭到侦测距离的降低效果视环境而言，大约在10%至40%之间。最后必须再强调一次，由于需要把储存几小时的热量在相对较短的时间内放出，此系统启动超过时间限制后的强制散热作业会反过来把被侦测距离提升数倍之谱。

综合以上的方案，在战斗前的索敌阶段，大约只有(1)(6)两项可以同时实施，并使被侦测距离减少10%至40%之间（但有时间限制），或许亦可以因此而获得一个先开火（使用飞弹）的机会。战斗发生后，则执行(2)(5)两项以欺敌，降低自己被击中的机率。其中(5)具有战略性欺敌的意义，也可能提早使用让舰队获得战术乃至于战略优势。至于(3)(4)则不切实际或是意义不大。

不过客观来看，减掉一二十个百分比，甚至假设能减掉五十个百分比的被侦察距离，并不会因此而获得多少的优势。这是因为初始基数太大的关系。例如十三亿公里，4300光秒的被侦察距离就算减半，也还剩下至少六亿公里／2000光秒，七十天的航行距离。此时固然可以先敌侦测、发射飞弹，但也有可能因此而被发现，因为飞弹发射的加力燃烧阶段将会放出相当大的热讯号。

飞弹上当然不可能装设大规模的冷却系统，但是小规模的或许做的到，如使用瓶装液态氦释放的方式可以提供某种程度的降温冷却效果。当然这也是有其限度的。且携带液态氦会占去一定程度的酬载重量。

最后提一下现代军舰、战机的雷达匿踪效果以做为比较参考。第一代匿踪舰拉法叶的设计使其RCS降为传统军舰的5%左右，最新第二代的Visby则降为0.001%。至于空军方面，新一代战机设计可使RCS降为传统的10%，匿踪强国老美新型机F/A-18E/F降为传统机的%1，最先进匿踪机F-22则降到传统机的0.01%以下。至于红外线匿踪效果就差了许多。

附带一提，由之前的讨论中也可发现出一个有趣的事实，也就是即使不使用主动热能转向储存系统或是其它任何反侦测作为，一般太空船随著位置的不同，其被侦察率就会有很大的差别。比如说前述的420k(摄氏146.5度)与320k(摄氏46.5度)两个温度基本上可以视为同一艘船分别在地球轨道与火星轨道时的船壳温度。而后者的热辐射量仅为前者的33.7%。这也就是说，在近日行星因为恒星照射导致的船壳平衡温度上升，使船舰被侦察机会（或是被侦察的距离）可能达到位于远日行星轨道时的三倍之谱。距离恒星越远日照影响越少，则被侦察的机会就会下降（即使敌我距离依然相同）。但需要注意的是，这种下降的效果会递减，而且是有其极限的。因为当太空船完全排除日照加温的问题时，本身还是会有引擎废热产生的温度。就算把引擎关掉，也必须用电池维持维生系统继续运作，否则船员就会死亡，所以仍然会有废热散出（当然这会比开引擎时的温度更低）。而完全没有热量散出的船显然就是幽灵船了

三、太空中的长程通讯

如何在广大的空间中进行通讯始终是一个问题，特别是基于军事需求的通讯更是如此。除了要使想通知的对象知道自己在说什么之外，还得防止不想通知的对象知道自己在说什么，而讯息的内容又要穿越广大的空间。在星球上通讯可能会受到天候地形等因素的影响，但在太空中，距离本身则是最大也是最主要的障碍。

举个简单的例子，地球距离月球约1.3光秒，其间的通讯延迟已经明显到足以影响某些军事用途上的即时资料链传输了。且此种距离产生的通讯延迟问题是无法避免的。因此通讯延迟的问题会将舰队的疏散距离限制在某种程度内。基本上不会大于一光秒。

此外，除了通讯延迟之外，还有讯号随距离衰减的问题。不过考量前述对于微弱讯号的高度侦测能力（前面提到的对远方目标侦测能力，事实就是对目标反射／发射光讯号的侦测接收能力），以及太空船能够提供的出力，这方面问题并不大。

至于通讯的方式则会以指向无线电，或是指向光通讯为主。舰队里舰船间的联系会用低功率雷射，或许就直接用点防御的雷射炮塔来实施，以定时的光束通讯网的节点通讯将整个舰队连结起来。至于对星球、太空站这些固定基地长程通讯则两者都有可能。不过长程通讯容易被截听（即使是使用指向性电波、光束也是如此）而导致泄密，因此应该会尽量避免。

至于长程通讯的距离，事实上可以轻易跨越整个恒星系。最近的例子就是离开太阳系的航海家二号，它在飞越冥王星之后，仍能接受地球来的通讯，并将最后拍摄的照片传回110亿公里以外的地球。而此时其所使用的钸电池仅剩下数瓦的功率输出，相当于一支手电筒的出力。当然地球方面在接收此种功率时，必须使用位于波多黎各，口径达三百公尺的超大型射电天文望远镜，甚至考虑使用地面台与卫星同步接收以产生具有超大口径接收器的接收效果。换成是太空船的话，则没有电力不足的问题，可以使用数百上千瓦的指向天线在整个星系内实施直接通讯。

此外，要对远方舰队提供战略性的指示，也有可能使用改装的通信用飞弹来实施，以减少遭通信内容遭截收的可能性。所以说飞弹的应用层面是很广的。将原本设定中的50/100吨级、秒速一万公里的飞弹拆除攻击用弹头，装上小型指向电波／通信天线，则由于弹头重量大幅减轻带来的质量比增加，速度有可能进一步提升。而这一类飞弹可以在数十个小时内射到数千上万光秒距离外，与附近的舰队进行资料链接传送信文。信文传送完毕后，通信飞弹可以定时或在舰队遥控下就地引爆以保持电讯内容的秘密。
卷二太空战斗导论第四章太空军舰的设计与制造篇
太空军舰设计

由于操作环境与技术环境的不同，在太空中运用的军舰，和过去曾经出现与目前存在的船舰、飞机，或是其它的系统，将会有极为巨大的差异。能在太空操作军舰进行战斗的年代，必然会有相应的技术，从而使其具有不同的面貌。虽然其中会有许多技术是目前难以想象的，但是大多数则可以从目前技术与理论推导出来。总而言之，必须先有一个认知：太空战舰很难以现有的系统去类比。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:39

以下是几个太空舰艇的特性：

一、巨大的体积与长度

首先必须提到，太空军舰有个特性，就是它会非常庞大，远比人类使用过的任何船舰大的多了。造成太空战舰的巨大化的直接原因有三个，首先是太空船舰必须携带大量的燃料。例如使用核融合引擎的太空船必须携带数以千吨计的大量氢与氦三，而这些都是需要巨大储存体积的燃料。其次，和过去海军主力战舰倾向于大型化的理由相同，为了追求更高的防御力与攻击力，太空船也会随之大型化。最后一个原因同时也是必要条件，也就是太空船「能够被作的那么大」。

第一个原因在「太空航行导论」里面便已经可以看出来的了。由于火箭公式的限制，为了达到足够的速度，巨大的燃料携带量无可避免，因此太空船的体积与质量很难缩小。即使是单人乘员的小型突击舰或舰载机，也可能会有上百公尺的长度与数千上万吨的重量。装备大量重型武器与厚重装甲的战舰更可能长达数公里至十数公里，质量可能达到数百上千万吨之谱。

其次，在之前的侦测与通讯篇曾提到，在太空中人造物体极难匿踪，太空战舰必定会在很远的地方就被侦测到，而且必然是直接的光学目视侦测。因为太空中没有地球曲率或地表地形，甚至是云雾之类的东西可以遮蔽，因此敌我双方在很远的距离就可以互相目视。

在这里必须注意一点。所谓的「视距外作战」在太空的环境下基本上是不存在的。在地球上的环境里，对于舰艇而言，40km以外的距离就是视距，因为这个之外的目标由于地平线的遮蔽因此是无法直接目视的。对于高飞的战斗机而言，视距的定义就变的有些模糊，一般是30km以内的距离，这是肉眼的极限。当然藉助于一些适当的仪器，例如F-14的电视影像加强系统、Su-27的前视红外线系统等，可以将这个距离略微延伸。例如F-14依靠其电视影像系统，可以辨识大约60~70km以外轰炸机等级的大型目标。而美国目前正在发展，由747改造的大型雷射飞弹拦截机ABL-1，更将有400km的直接攻击距离，其使用雷射雷达与光学望远镜，可以轻易侦测数百至上千公里的目标并且以电子光学仪器加以目视，再时用雷射炮实施攻击。

在侦察篇曾提到，太空中，船舰目标侦测的主要手段便是各类电子光学系统，再加上强力望远镜的支持，将可以轻易看到数百上千光秒外的目标。虽然这里的「视距」不是只靠肉眼就能达到的，但结果是一样的：太空船能够看的距离远比能够打的距离远的多。甚至常常会在看到目标后，还得飞行一两周的时间才进入双方的主炮交火距离内。这也就是说，伏击战在太空中几乎是不可能发生的，双方只有硬碰硬的对决。事实上，这相当类似大洋上的水面舰队高速海战的情况。而在这种情况下，拥有射程越长的武器，能够先射击的一方会越占优势，因此主炮会越来越长，这也自然导致船舰越来越大了。要以过去经验来类比的话，也只有20世纪初期的战斗舰发展的情况可以比拟。

若从武器系统构成的观点来看，目前的火药炮是所谓的瞬间高加速型投掷系统，以火药一瞬间然烧产生的膨胀气体推力推动炮弹。此类系统中单纯加长炮管并不会增加炮弹的速度与威力（以质量弹论），必须增加推进火药量，增加膛压的方式以提升炮弹的炮口初速，这使除增加炮管长度外还得增加管壁厚度，造成火炮质量会随炮口速度的增加而指数上升。因此火药炮能提供的速度有其极限，同时火药炮武器也有其大小限制。

但是粒子炮或是磁道炮这些系统却没有这个问题，他们均属持续等加速型的系统，在炮弹通过炮管时持续提供一个固定加速度，没有膛压的问题。在粒子炮/磁道炮等系统里，同样可以在不变动炮管强度的前提下，以增加电流通量的方式提升投射炮弹的加速度。而在这种情况下，会因为管壁之间的斥力加强，产生类似于火炮的「膛压」问题，这时必须加强其结构强度来以防炮管破裂，此时也会增加系统的重量。然而这种提升电流通量来增加炮弹加速度的方式是非必须的，完全可以用增加炮管长度来取代，因为这类系统乃是基于安培右手定则的一个稳定加速系统，在电磁投射系统中，炮口初速和炮管长度直接成正比。炮管越长则加速时间越长，炮击威力、射程等也就越大，并且在此时系统总重与炮管长度也仅成正比增加，因此可以用很简单的结构来达到较高的炮口初速。而这一点是火药炮所办不到的。

在这种情况下，若想让粒子达到接近光速的速度，除了要有足够大的出力外，炮管也要有一定的长度才行。基于前述原因，在增加出力与增加炮管长度这两个变量调整里面，后者的技术层级远低于前者，较容易达到，成本也较低。现今的许多高能物理实验室里面的粒子加速器就是很好的证据，例如以首次制造出反氢闻名的欧洲粒子物理实验室(CERN)，其所拥有的最大粒子加速器便长达二十七公里之谱（环形）。而这么大的武器，当然也只有大的船才装的下。

最后，使太空船舰加大的一个最重要的因素，则是太空船「能够」被建造到那么大。这是由于受到(或者说不受)建造与运用环境的影响。

首先，在地球或是其它星球上，由于有重力存在，因此各种载具有其大小上的极限。大型人造物体必须特别加强抵抗重力的结构与材质，并在支撑结构上投入额外的成本，而这种成本一般会随大小的立方比增长。此乃因体积为边长的力方之故。越大（特别是越高）的人造物，其底层受力就越大，支撑结构质量与空间所占的比例也就越高。因此人工建造物若作的太大，则若非载具的组成结构无法承受本身重量而自己压垮自己，否则就是出现超级昂贵的成本与价格效用比极端低落的情况。

其次，空中飞行的飞机所消耗的大部分能量是用来对抗重力使自己浮在空中，因此有严格的重量限制。这个原因使得飞机的重量远远低于水面舰船（体积就不一定了）。可是太空中没有重力，不需要耗能漂浮，这方面和地球上的水面舰是一样的。

此外，水面舰船的总体密度必须小于一，否则就无法浮在水上。然而太空军舰不可能「沈没」，顶多只会「爆散」，故此没有比重上限，在同重量的条件体型会比水面军舰紧致，而在同体积的条件下重量将远比水面舰艇高的多。

简单来讲，所有的原因都环绕在一个关键要素上：「重力」。就是因为太空中没有重力，所以才会有这种惊人的体型发展的环境。因此太空船在建造时，几乎不会有大小的上限，体积可以非常大。极端的来说，要做成星球等级的大小也并非不可能。例如星际大战里的死星就是典型的行星规模军舰／战斗站。当然，越大的船也就需要消耗越多的燃料。若燃料没有在船只放大时成比例增加，则结果就是速度与机动力的降低，变成只适合执行浮游炮台任务的战斗基地而非舰队作战任务的战舰了。

但是以上的情况同时也意味著一件事，专为太空环境建造的船舰将不可能直接降落在星球表面。星球联系船、强袭登陆舰之类需考虑重返大气与降落等问题的船只必须以不同的概念专门设计来适应重返大气与星球降落的问题。但这些船只也仅能适用于特定用途，战力将远比不上专为太空环境设计的军舰，故而亦将不会投入一般的太空舰队作战中。

二、长筒型的基本构型与细长的外观

在武器篇里曾提到，太空战舰的主炮将以粒子炮为主，炮管会集中在舰首。考量粒子炮长度（可能达舰身总长的90%以上，甚至有可能达100%），整艘船理所当然就会成为长型的结构。此外在太空航行导论里面也曾经提到，太空船引擎的配置必需对称于质心前进轴，否则会引起偏转运动。而这将会使船身在横截面呈圆形。结合以上两点，我们可以得知，太空船基本上将呈现长筒型的构型。

当然，太空船不一定是单纯的长筒构型，也有可能是几个同心长筒套叠而成的复杂长筒型，例如以内圈较长的炮管加上外圈的环型配置引擎（或是反过来，外圈炮管内圈引擎），这时炮管长度即等于船舰总长。唯一可以确定的是，太空船的长度将会远大于其宽度（或者说其直径）。这是由于粒子武器的加速轨远远大于其口径的关系。例如CERN那长27km的粒子加速器里，管道直径（含人员维修用走道）也不过只有数公尺之谱而已。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:40

注：CERN的粒子加速器照片http://www.esa.int/export/esaED/ ... D_highschool_1.html

太空军舰设计成长筒型的另一个原因在于，尽量减小前进方向的横截面积将可以大幅减低自己遭命中的机率，同时如果要在前方装设装甲的话，减少装设装甲面积也等于减少重量，或是在装甲重量不变的情况下增加装甲的厚度。事实上，近代主力战车的设计就有这种用意在内－低矮的车身与较低的正面宽度(这同时也有利于铁路运输)，并尽量增加正面装甲厚度。

在以上的考量下，太空船将会有巨大的长宽比。例如一艘长两千公尺的战舰，直径可能仅有数十至上百公尺，从侧面看将会极为细长。

三、舰船高度自动化

很明显的，太空军舰上的乘员人数将会非常少。其实不要说未来的太空战舰，就是现代的新一代船舰设计里，拜自动化技术进步之赐，人员编制都只有上一代军舰的一半到三分之二。而在未来自动化程度更高的时候，人员数量当然会更少。

需要注意的是，近代的军舰编制的人员，实际上要大大超过战斗运作的最小人员需求。一般而言，各国海军作战舰艇固定编制人员通常会比实际最低运作需求超编25%以上，有时甚至可以达到50%。例如美国的勃克级驱逐舰定员约为350人，但实际上只要200人左右就可以正常运作。

舰艇乘员超编有两个意义。其一，在发生人员伤亡时，可以有替补的人手。其二，在舰艇受创时，有足够的人力进行损坏管制与紧急修复。其实在非战斗环境下，比如一般的百万吨级油轮，或数万吨级的货柜轮，即使在考量轮班的需求下，乘员数量通常也不超过20人。

而在二十一世纪初期的自动化技术改进下，对前述第一类的人员需求大量减少，第二类则少量减少。因为当船舰自动化程度增加，比如整个作战管制的战斗系统中央管制化、计算机控制自动化之后，所需的人力便减少非常多，若需要替补时所需的人数也同时跟著减低。至于第二类，由于损坏修复的自动化并不容易，所以仍然需要维持相当人力来负责这一方面的工作。这也就是美国坚持在其勃克级驱逐舰上维持那么多人力编制的原因了。

现代的军舰趋向自动化有两个原因。第一个原因大家比较熟悉，由于威胁从螺旋桨战机、喷射机、次音速飞弹到超音速飞弹，目标越来越快，作战反应时间越来越短，以人力根本无法有效实施拦截。在这种情况下甚至不只武器操作，就连战术指示用人力来进行也嫌慢。所以新一代的自动战管系统都是根据预先写好的程序来执行拦截作业，从目标判别、选定到发射武器，全都由计算机进行，而人类乘员只负责执行高级战术或战略决策。

第二个原因就比较少人注意了。那就是人力成本逐年提高导致的财政压力增加造成的影响。例如目前一艘勃克级神盾驱逐舰造价十至十五亿美元，假设其350名乘员每人年薪平均为5万美元（底薪与各种航海加给、危险津贴等），又假设此军舰使用期限为30年，则在这30年内所需付出的人力成本便达5.25亿美元，已经是造价的1/3至1/2了。随著军舰装备的系统越来越先进，操作装备所需要的水兵素质与知识水平也就需要越高，如此所需付出的薪水自然也会随之水涨船高，故自动化以减少人力需求是必然的走向。即使身为海军中级军官负责作战指挥的船长不这么想，海军上层的将军面临预算压力也将不得不做出妥协，甚至即使海军高层将领不想压缩人力成本，但国会在削减预算上却是非常不遗余力而不会有丝毫的迟疑的。

以上两个理由在未来也会成为太空军舰减少人力需求的重要因素。然而对于太空军舰而言，原因并不只有上面那两项而已。太空战舰上减少人员编制有更实质的意义。首先，在太空航行导论里曾经提到过，基于太空中无阻力与惯性定律，限制太空船航程的并非燃料的多寡，而单纯在于其上乘原员的生理限制（以及心理限制）。将人员编制减少，则所需的空气、食物与水，以及维生系统所需投入的能量也就越少。反过来讲，若给定需求物资数量，则人员越少，能够维持的时间也就越长，船舰续航力自然会随之增加。

其次，现代海战中若船舰损毁沈没，只要不是在攻击中当场死亡，人员仍能有相当高的生还的机会。至少用救生艇可以漂流个数天，在某些情况下也可以期待敌舰的救援。但太空环境非常恶劣，船舰若被击毁，即使进入逃生舱，一旦氧气用完也会完蛋。此外由于舰队相对速度极高，敌舰即使想要救援也通常是有心无力。最后基于惯性法则，被击毁的舰艇与其射出的逃生舱将会等速（通常就是最大战速）持续前进远离基地，能获得救援的机会将极为渺茫。因此人越少，则船舰被击毁时，人命的损失也就越低。

最后一点，人力减低也有助于船舰的生存性。众所皆知，海面上的军舰若被击中破损则会漏水，若无法堵漏则最终会沈没。太空战舰则没有漏水的问题，但是增加了一个空气泄漏的可能性。如果人员减少，则由于需要的气密人员舱间的减少，这种情况发生的机率将会减低。

比如以一艘百万吨级、两千公尺长的战舰为例，若将乘员减少到数十名甚至十名以内，则可以将这些人员的起居舱与驾驶舱高度集中，构成大小只有数十公尺等级的乘员模块(或统称乘员舱)，对其施以集中气密处理，并给予高度的结构设计安全考量（例如将乘员舱置于船身内部或较不易遭击中之处）与额外装甲保护。这样一来便省去了全舰气密的需求，大幅减低了空气泄漏的机会，而乘员舱也可以获得较佳的保护。又，若要实作人造重力（旋转制造的离心力），转动集中的乘员舱的设计也比转动全舰更简单，所消耗的能量也更低。又，深埋舰体内部的乘员舱将可以提供乘员更佳的辐射保护，这使乘员可在近恒星区域遭遇太阳闪焰、远地空域的高辐射行星周围，以及人为高辐射环境（如近距离核爆）中有更高的生存性。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:40

此外这亦可以节省船舰的结构重量，因既然不需要全舰气密，则气密维持结构所需重量就可以大幅降低。平时难以避免的空气泄漏与船舰所需要携带的空气量也可以减少。最后，在没有空气的船舰其它部分（即船只99%以上的空间），也就完全不会有发生火灾的可能性，因没空气自然烧不起来。

从以上的设定描述里面可以发现，类似钢弹影片里那种舰桥式的指挥塔是根本不会存在太空船上的。这类舰桥只是地球环境中为了获得更佳的视野（地球曲率的影响）的设计。在现代的军舰中，指挥官所在之处为战情中心(CombatInformationCenter,CIC)，都是设计在船体内，由其它舷舱包覆而最不容易受损之处，舰桥只让航海官操舵之处。而太空军舰上乘员舱要获得外部影像很简单，即为侦测篇所提到的，直接透过光纤网络将船体外壳光感元件接收的影像即时投影在指挥舱屏幕上就可以了。甚至要把指挥舱做成全天周屏幕也不是问题，影像也可以在一旁做出矢量标示与注释，要进行任意区域定格放大等额外特殊处理也是可以的。

事实上，这种虚拟透视座舱的概念在目前也已经不是科幻小说了。例如目前美军便在测试在其新一代通用战机F-35的机身中装设数十部摄影机，将影像即时显示在座舱内各方向配置的屏幕上，达成「机体透视」的概念。但其主要目的并非用于作战，而是要让飞行员在航舰降落时有更佳的视野。因此在太空船上将不需要也不应该装上任何一块玻璃舷窗。在这种条件下，太空船上将不会有传统的舰桥存在，外型也将更为简单。

又，如果船舰损毁，乘员舱应该可以直接与船舰其它部分切离，此时乘员舱就摇身一变成为一个逃生舱，靠著内藏必需品、电池与维生装置可以维持一段时间。此外，可能还具有几具小型的引擎与燃料以供某种程度的航向转换。最后，乘员舱在与船身切离时，可以考虑抛弃其外的装甲模块以减轻重量，如此可以获得更高的航道转移速度。或者在某些特殊环境里，比如小行星带或碎片群集区里保留装甲以求较高的安全性。

而在这种设计下，乘员若要前往乘员舱以外的部位，就必须穿上太空衣。不过一般来说是不需要的。事实上，即使损管抢修也不需要由乘员亲自动手。而这就是目前尚未应用到军舰上，未来（甚至是不久以后的近未来）技术的最大特点：工作机器人的应用。大量应用工作机器人将可以大幅减低损管所需的乘员编制，并在同时赋予舰艇强大的自我修复能力。

结合以上的条件，太空船舰的乘员数将非常低，一艘大型主力战舰的乘员可能只有几十名，甚至在十名以内。当然如果是旗舰的话则要加上司令部与参谋人员，人数就会增加。

四、强大的损坏修复能力

需要注意的是，太空船舰所装备的修复用机器人，指的是比较低等级的，只具有部分智能，执行范围有限的工作，并且可以远端遥控的机器人，而不是完全独立运作的完全智能型机器人。其实不要说未来，即使以目前的技术水平为例，已经出现这种机器人了。如于特定恶劣环境下取代人类执行最危险任务的各种灾难救助、爆裂物拆除、灭火、紧急救援、监视与修复等机器人。这些机器人可经由遥控操作深入恶劣环境（如火场、高辐射或化学污染物质泄漏地带）或人类无法进入的环境（如蛇型机器人循管道与空隙爬进倒塌建筑中查找生存者）执行人类难以进行的工作。

在将来，同样的概念将被运用在所有太空人造建造物（不只军舰，商船与太空殖民地、浮游工厂也会有）中。这些机器人应该会是体积较小，以能轻易穿越管道或受损扭曲的船身结构体，具有多只(六或八只)拥有吸附功能的步足以能在无重力的狭窄复杂管道环境中快速爬行前进，并拥有装备各种焊枪、融切吹管、圆锯以及修复扳手、螺丝等各种工具的附肢，有较高的动力可背负或拖拉修补用资材。它们将集群作业，使用电池并且可以在需要时直接由舰艇中的能源管路的中继接口实施充电，或是使用一定长度的电线与插头（由机器人自己动手插然后拉线，参考星际大战中的R2D2）以从能源管路取得高耗能修复工具所需要的动力，并由中央计算机管制组队前往损伤区进行检修作业。一言以蔽之，就是一种机械工蚁的概念。

而这些机器工蚁可能内建各种基本的修复策略如挖掘、清除障碍、切断或连接管路、修补破洞、替换芯片或更换装设模块、指定模块重建、船体结构重塑等。而其修复工作的优先权排程、分派与管理则交由中央计算机来处理。在正常的状况下，人类工程师只需要监视舰体修复进度、负责调整分配各修复小组的负责区域，调整设定整体修复策略的优先权等级（如优先抢修特定区域或特定设备等），只在必要时介入直接遥控进行AI无法完成的复杂修复工作（当机器人AI发觉作业无法或不知如何完成时将自动回报）。如此一来将可以大幅提升修复效率，同时大幅减低损管所需的人手。这是机器人工学与AI发展的最大成果。

实际上，以上的场景并不是那么遥远的事。现代就有许多雏形系统出现，即前述所说的各种特殊场景应用的机器人。这一类机器人的普及将会在大约未来三十年之内就可以看到。

而这种类型高度自动化同时也会给舰艇带来高度防御力。因为太空船不会漏水，并且在前述的场景下也很难使之漏气，因此若被雷射或一般粒子炮击中发生穿透损坏，将会很难使之丧失战力，顶多使其损失一两根炮管或是几具飞弹发射器之类的。而且在数以百计甚至是数以千计的机器工蚁不眠不休的勤奋工作下，大部分损坏将可以很快修复，甚至是执行某种程度的舰体模块与结构的重建。这也就是武器篇里所提到的太空战舰难以摧毁的一个重要原因了。有了这一套自我修复机制，太空战舰即使没有很厚很强固的装甲，也必然拥有极高的损坏回复能力，而能持续执行战斗任务。

五、环形对称的动力系统系统配置

在太空航行导论中曾经提到，太空船的推进引擎主要装在后方，并且将会复数配置以减少故障或战损时丧失推力的情况。因此主引擎将会以圆形阵列放在中心，外面以炮管包围，或是反过来环状配置而绕著船身外围，并包围中心的炮管束的方式来配置。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:41

长筒型结构的太空船除了需在后方装设推进用的主引擎阵列以外，还必须要有能调整太空船指向的侧向引擎。这些侧向引擎将会以环形的配置放在船身的前后端。当需要改变船首指向时，则以两个环的反对称位置同时喷射来替船体提供一个角动量，并在抵达新指向前使用相对的引擎逆向喷射来停止转动。以下图为例，当此舰艇要往右转动舰首时，只要同时启动编号5与2的喷嘴即可，而要停止转动时，则可启动编号1与6的喷嘴来消除转动惯量。

|1||2|

/——|//

||3|****X****|4||====

\——|\\

|5||6|

==>应力传递方向==>X

需要注意的是，这种环形配置的喷嘴环离舰体转动轴心越远，则效率越高。但在大型舰艇上，由于具有很长的舰体，因此船首与船尾的喷嘴环动作时，舰体船壳与龙骨将承受相当的应力，从而有可能导致船体发生扭曲。这是由于动量在结构中传递应力所造成的。若以提升喷嘴环的推力来增加船身转动的速度，则应力就会相对增加。而消除或减低应力的方式，则是增加喷嘴环的配置，如上图中在转动质心X的固定距离标著*的地方，以两个一组对称配置的方式增加喷嘴环，并在转动船身指向时同时启动操作。如此便可有效减低船身所受应力，并增加转动速度。

六、武器系统配置

太空战舰的主要武器系统如粒子炮与磁道炮等，一般将会以成束綑绑或阵列布置的方式指向舰首，并以齐射的方式来涵盖敌舰可能的机动范围，以求能增加命中机率。这些主炮阵列虽是固定的，但炮口部分应该可以微调修改指向。所谓的微调，可能就是转动数公厘之类的。别小看这数公厘，炮口偏移一两公厘，光束打到一光秒以外可能就会出现数百公里的偏移量了。

除了主炮之外，舰体上应该会有数量众多的副炮。这些副炮将以能够旋转开火的炮塔的形式分布在艇壳上，并以体积较小与长度较短的雷射炮为主，主要用于进迫防卫的用途。需注意的是，此种炮塔不会像二战乃至于今日战舰的型态，反而会比较接近半圆形或浅曲面以减小RCS，也有可能采取升降式炮塔的方式以减少RCS(船大本厚就可以这样玩)。而一艘长达数千公尺乃至于十数公里的大型战舰，装备的副炮/炮塔数量可能会达到数十到上百门之谱。这些副炮的功能在于飞弹近迫拦截，接战范围大约在0.5至1光秒之间。

至于飞弹之类的武器使用，则是采取抛掷推离舰体再点火的冷射方式。由于太空中既无重力亦无阻力，太空战舰舰侧面以低压气体或弹簧侧向推出而尚未点火的飞弹，将会延推出方向持续远离军舰，但同时会拥有和军舰相同的前进轴线并与其并排前进，直到飞弹点火加速才会脱离军舰。因此军舰可以设定飞弹引擎点火的时间，在将飞弹全部推出后改变方向，等船舰远离惯性飞行的飞弹群之后再启动飞弹引擎。如此一来可以错开飞弹与军舰的前进轴，减少敌方侦知军舰的机会。

七、舰体装甲与防护设备

由于没有体积限制，太空战舰通常会有相当厚的装甲，但重量与密度应该会非常轻。主要原因在于太空战舰多半不会装备太厚的沈重金属装甲，而将以较轻的复合材质的多层装甲来组成。造成这种情况的原因主要是撞击／穿甲武器的原理限制。

在太空作战的环境中，面对拥有极高速度的动能武器，金属装甲的防御力并不会比其它材质（比如说，冰块）好多少。这是因为所谓的「固体音速」的限制的影响。固体音速即为声音在固体内传递的速度。而所谓的声音，事实上就是一种分子震动的传递现象，因此所谓的「固体音速」，就是在一个固体内的震动波传递速度，也就是固体内的应力波传递速度。

当弹头击中一块装甲时，如果弹头的速度超越此装甲固体音速，则由于弹头前进速度比装甲应力传递速度快，外层装甲将会来不及把弹头的冲击传递给内层分散承受。此时，弹头将会在前进时把装甲给「排挤」开来，这时固体装甲面对弹头所呈现出来的特性事实上接近于液体。也就是说，超越装甲的应力波传递速度的高速弹头撞击装甲时，装甲就像水（或者换个形容，象是奶油）一样，会被推向两侧而几乎没有防御效果。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:41

一般金属的固体音速在每秒5000~8000公尺左右，然而在在二次大战中发展出来，到今天仍十分普及的的成型装药与自锻破片技术，便已经能够能发射秒速度达数千至上万公尺的半固体喷流或金属块来进行穿甲。事实上，目前所有的反战车飞弹与RPG等，均使用此种技术，而这些都是金属装甲所难以抵挡的。

而对于磁道炮而言，只要略微加长投射轨长度，投射体速度便可以轻易超过秒速10km。而没有达到秒速100km的磁道炮，在太空战斗中是毫无用处的。至于粒子炮投射的粒子团块速度更可以高达光速的95%，在这种情况下使用单纯的金属装甲根本毫无意义。即使是用太空提炼的超级合金来作为装甲，也很难改善这个问题。因为炮弹速度的增加远比金属材质性能提升改进的速度快的多了。

简单来讲，太空船不能期待舰体装甲可以挡住包含粒子炮在内的实体弹穿透性打击，因只要被命中就一定会穿透。舰体装甲要防护的只有雷射炮的烧蚀攻击与脉冲打击。以及在平时防护微流星体的低速(相对于粒子炮与轨道炮)撞击。最后，必须在某些区域防护电磁波与辐射的穿透以保护重要电子仪器与乘员的安全。因此太空战舰将会使用拥有许多夹层，中间灌以高分子热吸收液体的特殊复合装甲为主，并且在乘员舱与指挥舱等地再加上合金、水冰与多孔铅合金等夹层来当作最后一层的撞击与辐射防护。而这一类复合装甲的厚度可能很大，但重量将会相对较轻。

此外，在舰体乘员舱与引擎区附近的外壳，应该还会加上超导电磁线圈来做外层的电磁防护。并且亦有可能在战斗发生时，于重点区的船壳周围往外喷洒烟幕微粒来削减光束武器的攻击威力。象是这类微粒式武器干扰系统虽有一定效果，但是质量消耗将会很快，因喷出的粒子将很快扩散，又必须全程自行携带（现代海军会以喷洒水幕的方式来进行红外线讯号遮蔽，然其因可以直接吸取周围海水喷洒故不虞缺乏，而太空船舰则无此环境），所携带之质量将很有限，不足以维持全舰遮盖，因此只能拿来在短时间内保护重点区域。

在这种情况下，当船舰面对攻击时，将会使用前述的环形喷射口群组实施喷射，迅速进行小范围的随机闪避动作以干扰敌方瞄准来闪避攻击。最后，被炮火或微流星撞击穿透的装甲与舰体内部设备，可使用前述的机器工蚁群来实施快速维修，使之尽快恢复功能。简单来讲，船舰将以闪避(含干扰)与强化损管能力来面对攻击，而非以装甲来硬挡。事实上，这种情况与现代的海军是非常相似的。至于二十世纪的现代空军则是闪避攻击，但无空间与能量来执行损管作业。

八、护盾系统

电影与动画中常出现的可挡住光束武器的力场护盾系统，基本上是不可能在现实生活中出现的。因为并未有支持这种效果的理论存在。

当然在未来，若重力波的物理特性获得证实与解析，并且人类能制造出有效的重力波控制器，则让光束武器偏转并非不可能。然而这里有件所有漫画与电影都忽略的事：你无法只偏转敌人的武器，甚至无法只偏转武器。如果敌人打来的光束可以被偏转，则己方发射的光束将同样会偏转。此外不只武器光束偏转，连侦测用的光线(光线也就是电波，只不过频谱不同)也将一起偏转。

事实上，重力控制器将干扰甚至封闭整个空间（也许是舰艇周围的一个小空间），当空间受干扰或甚至封闭，则不只光束，任何物体，包含飞弹与轨道炮都会全部偏转。事实上，当一个重力控制器将船舰空间完全封闭时，等于创造出一个小型独立宇宙，将内外空间区隔成两个不同的宇宙，此时以重力控制器产生球形空间的舰艇将会凭空消失，无法以任何外部仪器加以侦测，同时其空间内部也将无法得知外部的讯息。如果真的发生这种状况，与其说这艘舰艇启动护盾，不如说它已经逃入超空间比较恰当。并且重力控制系统甚至可能会有惯性控制的效果，而这将使一艘数千万吨的巨大战舰拥有战斗机的灵活机动力，将可能会彻底推翻火箭推进理论这个太空作战借以运作作的基础

不过，其实还存在一种电磁粒子防护罩的概念。即以极化(磁化)的粒子微粒喷洒在舰体周围形成一个烟幕防护罩，并由配置在舰体上的超导线圈产生磁场去牵引束缚这个磁性烟幕，使其能与船身大致做相对等速运动。如此一来可大幅减少粒子散逸的情况。当然，舰体的不规则运动、引擎与姿态控制喷嘴的高速喷流，甚至是敌我的兵器都会吹走一部份粒子，因而需要持续喷出粒子来补充以维持密度。但使用电磁粒子至少能够使用相对少的烟幕原料携带量来在舰体周围维持一定密度的粒子护幕，并持需一个较长的时间。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:41

这类电磁粒子护罩视磁场强度而定，可能会厚达数十上百公尺之谱。它对于轨道炮或是飞弹等实体兵器是没有用处的，但却可以在一定程度下折射偏转或削弱敌方的光束武器，包含雷射炮与一般粒子炮在内。

然而，这种电磁粒子护罩同时也会干扰舰艇自身兵器的发射作业。事实上，它对己方的干扰将远大于对敌方的干扰。因为光束武器发射初期轨道只要产生微小的偏转，经过遥远的距离就会导致巨大的误差。而敌方打来的光束受护罩影响，在己舰附近不远处才发生偏转，造成的误差将会远小于前者。这点可以从其造成的光束偏折角、洒布厚度以等来进行计算，基本上其价值并不乐观。

在这种情况下，有可能需要控制磁场形状，将电磁粒子护罩扭曲成管型筒状包围著舰体周围，并在舰首主炮发射路径与舰尾的喷嘴路径上留下通道，或是于发射武器前后动态调整，以改善这种状况。但对于此类护盾本身防护效果低落的状况，则仍然没有有效的改善方式。

p>此外，电磁粒子护罩不能过于遮蔽光线的穿透，否则将干扰己舰对敌舰的侦测，甚至可能妨碍己舰对来袭的飞弹的侦测与拦截。但如果太过透明的话又会失去防护的效果。基本上这是个两难的问题，很难处理。但如果不将偏转敌舰一般光束武器当作主要考量，而只是以较稀薄的浓度来防护反物质粒子炮的话，仍会有一定程度的效果。反物质粒子团在穿越烟幕时有可能会与烟幕粒子产生不定程度对消灭从而降低威力，或是发生侧推偏转弹道的情况。因此电磁粒子护罩具有一定程度的价值存在。然而必须指出的是，这种价值仍然是非常有限的。

需要指出的，在船身周围建立的电磁场本身就拥有干扰乃至于偏转荷电粒子武器的效果，然而这种效果是很低的。这同样是因为以接近光速前进的粒子武器非常难以偏转，而能量的限制与磁场的厚度也将使偏转的角度极低，从时通过磁场的偏转效果受到很大限制，使其无法产生实质上的效果。

无论如何，以上的分析指出这类护盾的意义并不大。而从科学上的角度而言，可见的未来里显然不会有合理（至少要能通过前述的本质矛盾检验）而又能有效运作，并具有足够防护能力的护盾理论出现。至少可以确定的是，在可见的未来里的太空船舰上将不会有对抗武器系统的护盾系统存在。如果会有护盾出现，一定是以现在所难以想象的全新理论作为基础。然而，这种全新理论将有可能不只给太空船舰带来护盾，甚至可能会给船舰带来全新的设计乃至于战术、战略概念，彻底改变整个作战的概念，而不是只是单纯给船加上一层护盾这么简单而已。前述的重力波控制即为一例。

在至今为只的讨论中，所有的分析全都拥有理论基础。许多讨论的系统即使因为工艺或经济上的理由不存在实物(例如核融合引擎、星际冲压引擎这些)，也都经过大量科学家做过严谨的理论性论证，并在许多期刊上公开发表其结果，受到众人的承认。唯有护盾系统是没有任何理论基础，甚至理论本身将会排斥这种系统的存在可能性。

若需要在SF小说中运用护盾系统的话，则需要从理论层面到实际层面进行完整与全面性的架构与运用设定，这需要极深的科学理论功力才能不会出现矛盾，并且合理的融入已知的技术架构中。

基于奥坎剃刀法则，这种从本质上没有任何理论支持而属于想象范畴(就算未来出现全新理论的话，该理论目前也仅存在于想象中)并且难以想象的东西，大家只要当它不存在即可。套具通俗的说法，即使太空战舰没有护盾，那也不是世界末日，对作战并不构成影响。就像现代的战车船舰无一拥有护盾，但仍然能运作的非常好。

太空军舰的建造

巨大的太空战舰必然是在太空中建造。一般而言，其组件与制造材料均于太空生产。此外也有可能在地球上生产材料，再经由大型的质量投射器运到轨道上，但最终的组装一定是在太空中进行。而组装完毕的船舰就不会再回到星球表面上了。

太空船的建造，应该会直接在太空中进行，而不是在船坞里面建造。这是因为在无重力与高自动化的环境下，船坞是没有必要的。此外，太空船必然是以高度模块化的方式组装而成。

在确立太空船设计之后，首先将由运输船或拖船将预先打造好的零件运到指定组装区，这个区域可能是在太空殖民地、工厂或是轨道上的某个地带。然后由先遣人员操纵拖船组装龙骨与主要建造衍架，并配置一组发电机以及船舰的中央计算机，其中将有完整的太空船蓝图与建造流程。此外，运输船将会同时带来数十只或数百只机器工蚁，作为船舰建造工人。

这些工作完成后，接下来的工作便可交由前述的机器工蚁来负责完成细部组装与焊接调整的工作，所需能源则由安置好的发电机提供。这些机器工蚁将会沿著龙骨与建造衍架爬行，于预定的位置建立搭起需要的太空船框架，并将其它的组件放置固定到指定位置。加上引擎、燃料箱与发电机，接著挂上火炮等装备，最后建立乘员舱体。对于少数工蚁无法处理的较大的零件，则会以工蚁群的方式合作来拖曳组装。

而这些机器工蚁一般只能进行爬行的动作，大部分的运动将由六至八只的步足完成，就连从这个衍架移动到平行的另一根衍架，大部分情况下也可以用跳跃的方式达成。然而它们仍然可能携带有小型的外挂式喷射引擎与燃料包（可能直接使用压缩空气）以进行有限程度的空间机动，或是在跳跃「踩空」时飞回衍架上。但出力与燃料将不足以让它们直接搬运大质量货物进行飞行。因此另外还需要在周围太空中随时待命，将在龙骨周围漂浮的零件运送给工蚁让其负责安装的许多小型机动浮游拖船，这些拖船将拥有较大的引擎与燃料箱以及一些简单的机械臂，具有较大的推力，协助机械工蚁进行船舰的组装，也可以让工蚁搭乘移动，或是追上不小心跳太远的工蚁，将其带回。若将爬行的修复机器人称为工蚁，则这些飞行的运输机器人便可以称之为工蜂。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:42

事实上，这些工蜂将被视为工蚁的外挂式航行模块。平时分离使用，各自作为修复与短距离运输的功能。工蜂上不会，也不需要装备工蚁的修复模块功能，仅拥有简单的捕捉、固定与牵引用机械臂，但将可在必要时，与工蚁一对一甚至一对多结合起来组成具备较大推力的飞行式机动修复平台。当然，这些工蜂也将使用自动化控制，并由中央计算机指挥。无论是工蜂或工蚁，都将在船舰建造完成后，配属成为该体的损管修复系统与短程运输系统的一部份。而如果发生弃船逃生的情况，由乘员舱做为主体构成的逃生舱在脱出时，将可能携带一部份的工蚁以紧急维修之用，另外也将会携带全部的工蜂当作逃生舱的外挂式推进引擎与燃料箱，以及必要时的短距离人员移动用搭乘器。穿著太空衣的人员可以搭乘工蜂进行移动与舰艇换乘作业。

此外，除了船舰需要装备外，运输舰最初也可能一并运来一个小型的机械工蚁/工蜂的维修平台／工厂，作为机械工蚁与工蜂故障或损耗时的维护之用。机械工蚁之间也应当有某种程度的故障侦测与互相修理的功能，若发现自己故障，将可呼叫「友蚁」来替自己修理，若发觉「友蚁」的损坏部分无法以自已携带的工具或流程修理，则会将其拖运至维修工厂处理。而这个小型维修工厂也将在船身建造时被一并整合在船体中，以供日后之使用。

更进一步地，此一维修平台/工厂也有可能本身就具有独力建造工蜂/工蚁的能力。其将可利用捡到的船体碎片、零件、铁陨石、乃至于拆解舰体某些装备来生产工蜂/工蚁以补充损失。当然这种工厂将有一定的大小，仅具有低量的生产能力，同时某些精密零件如CPU等需要拥有零件库存，因而使之只有在一定大小的船舰上方能装备，较小的船舰可能只有拥有部分修理能力的平台。但在各种船舰组成舰队后，大船将可以替小船提供较佳的工蚁/工蜂建造与维修服务。

简而言之，建造太空船所需的材料可能非常多，但需要的劳工将非常稀少。建造现场可能只有两到三人负责监控太空船的建造作业，主要建造任务将由机械工蚁与工蜂完成，而整个建造任务的指挥者将是该舰的中央计算机。因为这些机械劳工不会疲劳，负责监视的工程师的负担很轻，并且可以轮班替代，因此整个建造过程将会非常迅速。

同时，船舰的建造也不会有生产线限制的问题，只要把材料运到指定区域就可以开工。这时同时建造的船舰数量将仅取决于所能运到的材料与零件数量（机械工蚁与工蜂也算是太空船零件），因此只要材料足够，短时间内建立一支全新的太空舰队是有可能作的到的。当然，你可以建造大量的太空舰队，但要操作这些舰队也会需要大量燃料，因此限制舰队规模的主要原因将是太空船的燃料的生产与储存能力，而不是生产线的数量。

俾斯麦 · 发表于 2008-9-13 17:42

完！

寞者行寂 · 发表于 2008-9-13 17:54

俾斯麦真是辛苦了，谢谢你为我们介绍了这么一本好书，我已经粘下了，有空一定好好看看。

745221645 · 发表于 2008-10-6 08:30

貌似不太适合我看

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