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。　　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。

　　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。　　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)/M 1.1　　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。

　　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。　　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(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(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。

　　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。　　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。

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，（Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications,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。

　　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。　　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(Combat Information Center,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。

　　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 <== 应力传递方向 <==　　　　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，一般将会以成束捆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。

　　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。　　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。　　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。

敬爱的阁下：
 您好！
 下面是一封关于发射超高速炮弹的信件。主题是：研发高精度的生死决战之电磁炮。 
 超高速炮弹的含义是：发射出去的炮弹的初速度大于3000米/秒。 
 我们团队用极端的理论方法去研究如何发射超高速炮弹的武器装备的原理，经过反复的研究后发现，只要下定决心搞开发，发射超高速炮弹的武器装备是完全能够研制得出来的。（把发射超高速炮弹的武器装备称之为A）
 A的主要性能指标有：1、能够实现炮弹（炮弹的质量为4.7千克）的加速度超过270万倍的重力加速度；2、电磁导轨的长度为4米，当炮弹飞出导轨时，炮弹的速度大于14000米/秒；3、当A在计算机的控制下，实现全过程的自动化，则A的防空能力以及消灭地面目标的能力将达到最大化，而成本就会趋近于最小化。 
 团队衷心的渴望中国不仅仅是经济强国，更渴望中国是军事强国。请回信，以便我们团队跟您们一起分享发射超高速炮弹的武器装备的原理。
 声明：此信能够以任何形式公开、传递给别人及组织机构等，我们团队不追究一丝一毫的责任。谢谢！
敬礼！
 姓名：文 邦 [email protected]

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