当前位置:宝石小说>玄幻魔法>大鸿儒> 724:科幻世界的侦察与通讯
阅读设置(推荐配合 快捷键[F11] 进入全屏沉浸式阅读)

设置X

724:科幻世界的侦察与通讯(2 / 2)

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。

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%。

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*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。[bookid=2871585,bookname=《灵噬苍生》]

;

返回首页 上一页 目录 下一章

Copyright 2021宝石小说All Rights Reserved