【转】太空航行与作战技术导论 作者: SANJYSAN 【战斗篇】
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看到吧里讨论高达等机甲类战斗兵器的可行性,突然想起了这篇文章,28众知识广博,看作者说的有没有道理啊[乖]
2014年01月23日 07点01分 1
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2.粒子光束炮(Particle Beam)
  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(Beam Weapon,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*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*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(Cell Room )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*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。
2014年01月23日 07点01分 4
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5.广域光束兵器(Wide Area Beam Weapon)
  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。
2014年01月23日 07点01分 7
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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。
  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。
2014年01月23日 07点01分 8
level 14
其他的都是通讯啊军舰设计什么的,就不发了[乖]
2014年01月23日 07点01分 9
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2014年01月23日 07点01分 10
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放假了  ----
  屠夫在歌唱圣歌,握着的刀滴下的血,是正义,还是邪恶?
  你的眼眸,看得清自己的内心么。
2014年01月23日 07点01分 11
level 13
太空里是不能用电磁炮的
因为电磁炮有反作用力 会改变发射载体的运动状态
2014年01月23日 07点01分 12
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