武器与战术:对聚变时代太空舰队的构想

基础设定

太空时代,以及太空时代的战争是常见的科幻话题。在本文中,我们将对此进行一些推想。

本文对人类科技水平的设定是:以核聚变为主要能源,掌握了低亚光速太空航行技术。这是因为,一来它同当今人类的技术水平相比不会过于超前,区别主要是工程而非科学上的(电磁和激光火炮的效能尚可予以推测,但研究死星就只能靠设定了),二来它覆盖了许多科幻作品的内容。针对第二点必须说明:许多科幻作品有着“亚光速+星门”或者“亚光速+跃迁”的设定,这其实同我们的设定吻合:例如《星球大战》《星际迷航》《质量效应》,虽然其中有着超光速航行技术,但战斗均在亚光速下展开,星门/跃迁只是为了方便剧情展开而设计的金手指(以百分之一光速从太阳系航行至半人马座α需要四百年,这显然不利于文学创作,除非背景特殊)。

在本文中,我们设定星舰的典型航行速度为千分之一光速,这一设定基于一个美妙的事实:以0.001c从地球至火星(这显然将是太阳系中人类社会的两个中心)的航行大致需要一两周,这和航渡大西洋或太平洋的典型时间处于同一数量级。有几个数字需要记住:地球的轨道半径为1天文单位,火星的轨道半径为1.5天文单位,1天文单位=500光秒。

子系统效能

动力和平台

在对太空战斗的各种科幻构想里,争论的焦点之一是:战舰还是战斗机,谁是主角?我们在此对两种平台做出区分:(太空)战舰指安装了核聚变发动机,能在外太空持续作战的武器平台,而(太空)战机指未安装核聚变发动机,不能独立在外太空持续作战(必须依托于基地或战舰)的武器平台。按此区分,功能类似于风帆战舰时代的纵火船,或前无畏舰时代的舰载鱼雷艇的武器平台均归为“战机”类。注意,这个定义里并没有提到二者的尺寸,但战舰不会太小,因为太小的单位自持力不足,而战斗机也不会太大,因为如果做大了,为什么不安装长期维生系统和聚变发动机呢?那它就变成“战舰”了。

显然《星球大战》是个异类:X战机拥有跃迁能力,但不能持续作战。这是设定的bug:如果跃迁而至的战机能击败敌人,为什么要耗巨资建造战舰呢?一支空军就足以应付。

我们认为核聚变发动机有两种推进模式:工质推进或离子推进。当前人类已经造出了离子发动机,但并未制造过工质核发动机(有一些裂变发动机的方案,没有聚变的)。离子发动机的比冲(最大值,比冲是单位重量推进剂产生的冲量,等于排气速度/g)约为一万秒,而裂变工质推进约为几千秒。

按照[1]所述,聚变发动机的排气速度可达0.07c,考虑到实际上的工程限制,我们不妨认为其排气速度为0.01c,这意味着比冲高达数十万秒,远超上述两种发动机。不过离子发动机有一点好:结构简单,不需要复杂而危险的高温排气设计,可以做得比较小。它也有一个致命缺陷:推力小。1千瓦功率的离子发动机仅仅产生了几十mN的推力,以此计算,500MW(ITER的设计目标)只能产生可怜的几kN推力(F-22发动机的推力就高达100多kN),这样子是不行的。因此,战舰的主要推进方式必然是聚变工质推进,离子推进可以作为辅助或备份。

我们不妨大略推测一下战舰的效能:如果典型航行速度为0.001c,那么我们不妨认为战舰总的速度变化量为0.01c(如果要靠自身燃料以速度v航行至某地再返回,至少需要四次加减速,这就要求4v的速度变化量)。按照火箭方程计算,这要求燃料占质量的63%,这个数值显然非常大,但也并非不可接受。作为对比,大和号战列舰的燃料占自身质量的6%,F-15战斗机的燃料占自身重量的30%.当然,把战舰加速到0.001c(不考虑返航!)只需要装载9.5%自身重量的燃料,这种巨大差别归功于火箭方程中的对数项。可以想见,如果拥有一套完善的,由海军场站和补给舰构成的保障体系,那么战舰在大多数时候只需要轻载,从而有效提升其机动性,使战力呈(字面意义上的)指数上升。

我们先通过实验聚变堆的功率来推算太空战舰上聚变反应堆的功率。事实上,第一座商用裂变核电站(Calder Hall核电站)的单机组功率为50MW,和福特号的主机功率104MW相比仍然不惧强敌敢较量。我们知道ITER的设计功率是500MW,而DEMO堆的设计功率是2000MW。如果太空战舰的主机功率与之相仿,例如10000MW即10^10W,按照[2]中公式,当排气速度为0.01c时,主机只能产生可怜的6.6kN推力。如果太空战舰和福特号重量相当,它的加速度将仅有6.6*10^-5m/s,需要144年才能达到千分之一光速。顺带一提:如果我们希望战舰拥有1m/s的加速度,按照[2]计算,其排气速度应为200m/s(比冲只有20s!),此时战舰每秒钟喷射出50吨工质,它将在21分钟内将占自身质量63%的燃料消耗殆尽,此时速度仅为1.2km/s,为光速的十万分之一。

这里必须给人类开一个金手指。为了符合我们的想定,让战舰在0.01c的排气速度下拥有1m/s^2=0.1g的加速度,由[2],其主机功率将为1.5*10^13W(假定战舰质量与福特号相同,为10万吨)。我们在下文中维持这一想定。它是一个惊人的数字:ITER设计功率的三万倍,2016年中国平均发电功率的22倍。悲观的事实是,即使掌握了这样惊人的能源,人类的活动范围仍将局限在太阳系之内。以1m/s的速度加速至千分之一光速需要3.5天,这一数字可以接受:此时地火之间的航程基本是连续的加速-减速。

侦察

侦察分为主动(雷达)和被动(望远镜)。

对于雷达,我们以提康德罗加级巡洋舰的数据作为对比:其主机总功率为6.4*10^7W,装备的AN/SPY-1雷达平均功率58kW,探测距离200km.雷达系统的探测距离正比于功率,假设太空战舰的雷达占总功率之比与该舰相同,其探测距离应当为156光秒,即0.3个天文单位.换言之,两支以0.001c相向接近的舰队大致能在相遇前一天发现对方。

对于望远镜,只能进行推测。在太空战斗的背景下,诸如掩星法这样的天文观测技术显然不能有效用于预警。我们用衍射极限做一个简单的计算:假设一台可见光望远镜的直径为1km,它最远能在大约700光秒外区分出100米尺寸的目标。这个距离显得很小(仅为冥王星近日点距离的1/20),可见构建一个保卫太阳系的远程预警系统有多么困难。此外,一个合理的推测是红外预警系统能取得不错的效果,因为全功率喷射工质的战舰想必十分显眼(按照上一节中的数据,战舰将每秒喷出30kg炽热的工质射流)。事实上按照或许舰队会先用工质推进一段时间,然后改用功率较低的等离子推进转向,以规避侦察。

武器

按照武器系统的工作原理,我们将太空战斗中的武器系统分为四类:定向能武器、弹丸式火炮、导弹/鱼雷、战斗机。弹丸式火炮和导弹/鱼雷的区别是,前者发射无动力弹丸,而后者的弹丸自身拥有动力。我们只考虑有现实原型的武器系统,因此类似EVE中的等离子火炮、《三体》中的次声波氢弹和强相互作用力探测器之类的武器被排除在外。

定向能武器

定向能武器指不发射实体弹丸的火炮系统,即粒子束武器或激光武器。

按照[3],美军曾测试过发射中性粒子射流的武器原型。关于粒子束武器的资料极少,我们在此不妨认为其性能与激光武器相仿,但毁伤机理不同(类似破甲弹和穿甲弹的区别),下文中不再讨论。

对激光武器的研究较多。按照[4],如果假设焦斑直径等于反射镜直径,则有公式D^2=λ*f,其中D是反射镜/焦斑直径,λ是波长,f是焦距。此外对于连续波激光有公式(忽略大气衰减、法线夹角和发射系统衰减项)I=PD^2(1-r)η/(πλ^2R^2),其中I是作用在目标上的能量密度,P是激光功率,r是目标反射率(对钢取0.3),η=86.5%(假设激光束能量呈高斯分布)。

根据[4]中数据,美国ABL激光器的发射功率为3MW,在照射450km外目标时,能量密度为0.8kW/cm^2,能在4s内熔穿厚度0.4cm的钢制导弹外壳。我们假设太空战斗中需要百倍于此的能量密度(800MW/m^2),即能在4s内熔穿厚度400mm的均质钢装甲(这是粗略估算,实际上熔穿时间并不简单地呈线性叠加)。由上一段中的两个公式得到R=P(1-r)η/(πλI),如果我们用战舰全部功率,即1.5*10^13W发射激光束,且激光波长为1μm,代入数据得到R=12光秒。可以发现R正比于P,反比于I,因此如果仅用10%功率射击,或要求在0.4s内熔穿400mm钢装甲,则射程就降低至1.2光秒。但事情还没这么简单:对12光秒外的目标射击要求反射镜的直径为60m,这个值和战舰相比显然过大了。我们不妨将交战距离定为1光秒,则需要直径为17m的反射镜(或者材料进步使得反射镜直径可以减小)。如果用该激光器强行射击10光秒外的目标,其效能将下降到1%以下。

弹丸式火炮

得益于功率强大的核聚变发动机,太空战舰显然只会搭载一种火炮:电磁火炮。如果用战舰总功率的10%加速一枚重量为1t的弹丸,可以使其达到a=1.5*10^9m/s^2的加速度。作为对比:Rh-120火炮的初速为1750m/s,炮身长度L=6.6s,若假设炮弹做匀加速运动(此时有公式v=sqrt(2a*L)),则加速度为2.3*10^5m/s^2.即电磁火炮对弹丸产生的加速度是Rh-120的一万倍,达到一亿个g。如果电磁火炮的身管长度为20m,则炮弹初速度为0.8‰c.也就是说,这样的一门电磁火炮能把弹丸加速到大约千分之一光速,和战舰自身速度相当。

显然,非制导炮弹会在远距离上失去准头。例如,如果双方在相聚1光秒时迎头开火,炮弹将在300余秒后飞抵目标,如果战舰在探测到对方开火后立即以最大加速度(1m/s^2)沿切线机动,它能在炮弹抵达时机动4.5万米,足以让炮弹偏到离谱的位置。可以用类似霰弹的弹药来部分解决这一问题:炮弹在某一位置爆炸成细碎的小弹丸,这种瞎蒙式的射击(‘勃朗宁射击’)无法造成致命创伤,但或许能破坏敌舰的观瞄设备。

能不能像现实中一样,发射某种末端制导炮弹呢?因为太空中不能用气动舵面控制方向,必须给它装上某种推进装置,这就让它变成了一枚炮射导弹,我们将在下一节中予以讨论。有一个潜在问题是:炮射导弹上的各种设备可能无法承受一亿g的加速度。如果这一工程问题未能解决,我们的太空舰队将只拥有激光这一种后半球攻击武器(指能在目标全速远离固定的射手时从后方发射)。

导弹/鱼雷

由于太空中没有水,所以导弹和鱼雷其实是同一种东西。但EVE中对二者做出了区分:鱼雷速度慢,伤害大,导弹速度快,伤害小。这一区别并不本质,下文中我们一律称作导弹。

导弹分为两种:炮射导弹和非炮射导弹。或许技术上炮射导弹会使用一个单独的发射装置,但它总是由某种电磁加速系统射出的。

炮射导弹显然能够跟随敌舰进行机动:让化学能发动机驱动导弹跟上一个以0.1g机动300s的目标似乎颇为可行,但要想跟上一个机动3000s的目标似乎就比较勉强了。也就是说,激光仍然是射程最远的舰载武器(这里不考虑进行‘勃朗宁射击’的可能性,当然理论上炮弹和导弹可以飞行无限远,直至被某一星体俘获)。

非炮射导弹只能靠自身动力加速到很低的速度,因此它不适合用作为舰对舰武器(当它抵达目标时,己舰也已到达一个相当近的距离,这几乎无用),几乎只能用作防空武器。当然,如果炮射导弹囿于抗过载或电磁火炮本身的口径,无法将威力做得太大,那么战舰或许可以用威力巨大的非炮射导弹抵近攻击无武装目标,或不会移动的地面目标。

显然,非炮射导弹对发射要求较低(理论上一个发射筒即可,不需要庞大的聚变反应堆+电磁火炮),这赋予了它较强的战术灵活性,我们将在后文中予以讨论。

值得一提的是,我们忽略了一种武器系统:水雷/地雷。这是由于此种水雷/地雷必然拥有动力(否则被战舰撞上的可能性实在太低),那它们就在事实上变成了进行伏击式发射的非炮射导弹。

战斗机

出于对美军航母战斗群的深刻印象,诸多科幻作品都将战斗机作为重要的舰载武器(<星球大战>中的X战机基于陆基机场,但这并不重要)。

战斗机和导弹面临相同的困境:它们的化学能发动机无法将其加速至舰队的最高速度。因此它们无法参与高速舰队之间的战斗,除非母舰和敌方目标几乎相对静止。用电磁火炮发射无人战机作为一次性导弹发射平台也是不合算的,因为其效能永远不如从战舰本身发射炮射导弹,这里不存在现实中‘飞机飞行比巡航导弹自身飞行更经济’这一问题,因为真空中不存在空气动力学。此外,战斗机的防御能力不会很强,所以战舰上的激光武器(主炮或近防火力)对其都是致命的。

但有一种情况除外:或许战斗机可以作为前置ISR(情报/监视/侦察)平台。在这种情况下,它们要么携带较为廉价的传感器,由电磁火炮发射至敌舰队附近作为一次性ISR平台,要么携带昂贵的传感器在舰队附近游走(最终回收),在提供信息的同时隐藏舰队的真实位置。这类似于现实中一些正在研发的无人机系统。

当然,战斗机在登陆作战(不仅包括登陆行星,还包括登陆空间站/小行星等)中大有可为,因为化学能驱动的战斗机比战舰灵活。同时,战舰无法进入较大行星的大气层(想想0.1g的最大加速度就知道了),所以近距空中支援只能依赖战斗机(我们在此不作战斗机/攻击机/轰炸机这种区分)。和现实中一样,战斗机将以非炮射导弹和机炮(激光或实体弹丸)为主要武器。在大气层内作战的舰载战斗机必须具备空天能力,在作战时随时携带大量燃料作为死重并不合算,因此它们在发射进轨道时很可能带着体积庞大的燃料箱或助推火箭。

防御

防御有软硬之分。

软防御指通过各种手段破坏,瘫痪,瓦解对方的ISR能力,从释放箔条、干扰弹到电子战,不一而足。这类技术对抗和现实中的类似,本文不予赘述。

硬防御分为主动和被动:主动指对敌舰发射的武器进行物理杀伤,被动指凭借战舰自身承受各种杀伤。

激光武器显然是主动防御的利器:它瞄准速度快,打击精度高,无法被拦截。这就要求各类炮弹/导弹尽可能采取隐身设计,防止被敌防御火力消灭。拥有动力的导弹容易被探测到,但有趣的是,无制导炮弹或许相当隐蔽:设计良好的电磁火炮应该可以让弹丸自身几乎不被加热,因此在电磁炮开火时你什么都看不到(或许炮管自身会被加热而发出光芒),只有一个光滑而冰冷,几乎不可见的黑色炮弹在太空中飞翔。

对激光只能做被动式硬防御:增加装甲表面反射度,提高装甲的耐热性,等等。如果用战舰10%的主机功率向敌舰不断发射激光束,并假设敌舰的比热容与水相等,那么它的温度将每秒钟上升3~4摄氏度(这里不考虑敌舰装甲的反射率)。换言之,在数十至数百秒的对射后,敌舰的温度将变得极高,并(如果它没有被高温摧毁的话)变成一个显眼的黑体辐射源。战舰可以通过释放烟雾或某种材料以衰减激光(这在本质上相当于提高装甲的耐热性)。这些材料也将被迅速加热,甚至发出耀眼的光芒。这种炽热的烟雾将同时影响双方的观测能力。

舰队编成

按照本文先前讨论的结果——大多数科幻作品是正确的:在聚变时代,人类军队会依托舰队在太空中作战,正如当下在海洋中作战一样。其原因是太空足够广袤,人类航天器能达到的最高速度又足够低,因此在太空中作战的平台必然装载了核聚变发动机,同时拥有足够的续航能力,能支撑数月甚至数年的连续作战,也就是说,战舰。制海权理论将在三维空间中重现,太空战斗将不是一连串短促的突击,而是漫长的巡逻与护航。

至于舰队的具体构成:是数量较少的大型战舰还是数量较多的小型战舰,则取决于武器系统的效能,具体来说,是激光、炮弹、导弹三种武器性能的消长。它们的特点分别是:激光武器不可逃逸;(从远处发射的)无制导炮弹可以被战舰轻松地通过机动躲过;受限于聚变发动机的功率,战舰无法通过机动躲避炮射导弹,但战机或许可以。这将造成一个重要的推论:小型战舰并不能凭借其机动性而免于被命中,二战中鱼雷艇在战列舰火力下毫发无损地突击至数千米处的情况不会出现。此处注意一点:激光的能量密度同舰船主机功率成正比,炮弹的动能同主机功率成正比,但初速度同主机功率的平方根成正比。因此可以大致认为:随着主机功率降低,激光和炮弹杀伤效能的衰减速度相同,而炮射导弹的衰减速度较慢,非炮射导弹完全不衰减。
舰队编成将主要取决于几种武器系统的攻防对抗。考虑到设定中的技术水平,我们认为主要的变量将是激光武器的毁伤效能:既然人类掌握的最高效能源是核聚变,就不太可能很拥有能够轻易抵消氢弹的硬防御技术,否则这种硬防御技术作为能源就会比核聚变更为高效了。在零距离爆炸的氢弹不可防御,而炮弹和导弹可以轻松地做得很大,所以炮弹和导弹几乎一定不可能被硬防御。

我们分情况讨论:

①激光武器完全不可抵挡。此时给战舰配备装甲就毫无意义,它们只能像步兵一样,凭借隐蔽性保证生存。那么大量小型舰将优于少数大型战舰,因为其战术灵活性和生存能力都较高:激光武器不可防御,从而如果一支舰队由少量大舰编成,它就有可能在一次偷袭中瞬间覆灭。在这种情况下,舰队将由大量小型战舰组成,其交战过程惨烈而快速:两支舰队相互接近,并在迅速的对射后分出胜负,如同步兵之间的白刃战一般。决定胜负的因素主要是数量,决定数量的因素是产能和指挥艺术(集中优势兵力打击敌人,这一准则在兰开斯特平方律之下效果格外显著),正如步兵战术中的格言:分散以生存,集中以作战。

②激光武器可以被有条件抵挡。此时,战舰设计者就会想方设法地增强装甲以防御敌方的激光武器,同时强化自身的激光武器(即,增大主机功率和反射镜尺寸),以穿透敌舰的装甲,并且增强近防火力(这也可以通过增大主机功率获得)来抵御敌舰的炮弹/导弹。和历史上的战列舰一样,由于战舰的综合作战效能随吨位增长的速度高于线性,这种攻防对抗将导向“巨舰大炮”的技术路线。这将是多炮塔神教的狂欢:由庞大战舰组成的编队,和《三体》中的描述相近(除却不科学的太空战斗机)。

③激光武器可以被轻松抵挡。此时,舰队的主要火力来自于炮弹和导弹,由于导弹效能的衰减慢于炮弹,而导弹的特点是能够发起脉冲式的大规模打击,那么和①类似,大型战舰也面临着“把鸡蛋放进同一个篮子”的危险。由于先前讨论过的毁伤效能随功率衰减问题(导弹较炮弹衰减更慢),多艘小型战舰比单艘大型战舰的导弹作战效能高,炮弹效能类似(假设二者总功率相等)。但有一点值得考虑:主机功率越大,则炮弹的飞行速度越快,这将带来一些战术优势。这时所以此时可能出现小舰与大舰混合搭配的情况。如果导弹/炮弹可以被装甲抵挡,那么大舰将拥有一定生存力优势。这种编成可用现实中普通战斗机和“武库机”(由轰炸机改装)的搭配比拟,再加上可能的大型补给舰,有点类似于许多作品中的“太空航母战斗群”,但“舰载机”也是搭载核聚变发动机的战舰。


战斗形态

我们将战斗形态分为:深空舰队战、绕地舰队战、行星登陆战、太空登陆战、防空作战。

深空舰队战

深空舰队战指两支舰队在微引力场(深空)中进行的战斗。根据本文先前的讨论,战斗机在这种作战形态中用途不大,除非两支舰队几乎相对静止,并且距离很近,这将在太空登陆战一节中予以讨论。

我们将各种武器的射程进行排序:从远到近分别是:瞎蒙(或隐蔽)射击的炮弹/炮射导弹(射程无限)、激光(聚焦1光秒,非聚焦10光秒)、对警觉敌人发射的炮射导弹(迎面时1光秒)、对警觉敌人发射的炮弹(迎面时0.04光秒,以敌舰机动范围不超过100米计)。

深空舰队战的基本形态应当是:两支舰队互相接近,并发射武器,直到决出胜负。根据双方态势,可以分为三种:迎击,截击和追击。

迎击就是双方舰队迎面运动的情况。如果对方舰队没有警觉(保持速度矢量不变),或许可以在3光秒外先射击一轮炮弹/炮射导弹,这样当它们到达时恰好可以开始发射激光武器(考虑到雷达100多光秒的理论探测距离,这似乎并不靠谱,敌人不会对几光秒外的舰队视而不见)。随后战斗以激光火炮的相互“凝视”(或者叫‘瞅’,这比名词‘持续射击’更有趣)开场。如果战斗在互相飞离射程之前并未结束,那么一方或双方或许会考虑调头:这是一个漫长的过程(根据我们先前的设定,将战舰从1‰c减速到0需要几天,此时双方距离已达上百光秒,脱离了雷达接触)。随后战斗将演变成另一次对头或追击(当然,指挥官或许会考虑利用脱离雷达接触的契机脱离航线,抢占一个更好的位置)。这种对头的次数不会太多,因为一个回合将消耗2‰c的速度变量(满载燃料的战舰也不过拥有10‰c的速度变量)。如果一方在一开始决定逃离,从而在交错时不减速而是加速航行,那么他将非常容易逃离,因为对方要在额外消耗2‰c速度变量后才能进入相隔上百光秒的追击。

截击指一方指向另一方侧半球的情况,这种战斗的开场和迎击类似,并在最后将转化为迎击或追击。

追击就是一方指向另一方后半球。此时双方将不会交错,一直对射至战斗结束。此时,炮弹和炮射导弹的效能将低于迎击时的效能,因为它在命中目标时的相对速度大致是本身速度,而不是迎击场景下本身速度和目标速度之和。

绕地舰队战

绕地舰队战指双方舰队在某一行星引力场内进行的战斗。这种战斗出现的条件比较苛刻:它要求深空舰队战无法迅速决胜(否则一方完全可以进行‘掠袭’了事)。此时,要么是一方出于掩护登陆/防御要地等原因必须留在轨道上,要么是像春秋时代一样进行“经过双方同意”的会战。

按照牛顿定律,轨道越高,角速度和线速度都越慢,周期越长,也就越不利于改变态势,但轨道越高,射界越大(不妨举例:在300km圆轨道上只能看到跨越34个经度的地表,而同步轨道的高度约为0.1光秒,数倍于地球半径,在上面几乎能看到半个地球)。当然可以通过战舰本身的发动机人为增减其速度。在极端情况下,如果发动机能抵消引力(让战舰在地面上的垂直投影静止),那么战舰将获得极大的机动优势。

在这种战斗中,曲射武器(低功率发射的炮弹/炮射导弹,以及非炮射导弹)将有特别的用处,因为近地轨道上的射界可能被行星本身遮挡。于是非炮射导弹和战斗机便焕发新生。但一旦双方机动到了能互相看到的位置上,那么因为激光的能量密度反比于距离,所以在这种近距离上的激光束几乎一定是致命的,从而战斗将在寥寥几次激光对射后结束。

行星登陆战

“登陆”这个术语本身是又一个导弹——鱼雷式的例子:如果按照海军的习惯,应当称为“登陆”,但其本身的技术特点是“空降”。下文中,我们在谈论战略战术时用“登陆”,在谈论技术时用“空降”,这能够同时符合大部分科幻作品中的称呼。

空降载具的形态由一对矛盾主导:空降部队越分散,则生存力越高,但战斗力越低(投送速度和落地后集结时间都越慢)。例如,在恩培德行动和匈牙利事件中,整连建制乘坐运输机着陆的突击部队可以立即投入战斗,在二战时的抢滩作战中,乘坐班级登陆艇的登陆部队可以在敌火下收拢队形后投入战斗,而乘坐单人降落伞着陆的空降兵原则上必须在安全的降落场耗费大量时间集合后才能投入战斗。精良的训练和先进的指挥系统可以缩短集结时间,但并不能彻底解决。在这对矛盾控制下,根据情况不同,可能出现各种空降载具:例如《星船伞兵》小说中的单人空降外骨骼、COD11中的小组级空降舱、《星河战队》电影第一部中的排级空降舱、COD13中的班排级运输机。

空降战役的形态同现实世界中的登陆/空降类似:舰队先进行火力准备,然后以火力支援登陆。这里有另一对矛盾:空降场距离目标越近,火力准备时间越短,则突然性越强,但空降部队越脆弱。

火力准备运用的武器系统仍然是:激光武器、炮弹(以低功率发射的炮弹实际上更像‘炸弹’,我们不做区分)、导弹。由于距离足够近,而且地面目标的运动速度不会太快,所以导弹的意义不大。激光武器的优点是精确和不可拦截(和现实中的战术弹道导弹类似,但远比其精准和廉价),而炮弹的优点是可以装载各种战斗部(钻地、电磁脉冲、增强辐射、烟雾/箔条等),同时再入段的炮弹在事实上可以作为假目标掩护空降部队。

登陆时的直接火力支援需要战舰长期停留在空降场上空,但低轨道速度过高,所以要求战舰凭借自身动力抵消一部分引力,这可能需要一些专用的小型战舰,动力充足,火力强大(因此防御力相对较低,但它们登场时显然舰队已经赢得了防空作战)。可以发现战舰上的激光武器能有效打击大气层内的战斗机,所以不会有大气层内的空战发生,制空权等于制轨道权。事实上,只要战舰没有被防空火力驱离,就能威胁下方一切暴露在地表的敌方单位,在这些区域内,防守方只能依托地下工事战斗。这类似于现实中介入/反介入的对抗。战斗机能够提供更加即时、准确、分散的近距支援火力(从编制角度看,空降部队呼叫平级的战斗机支援显然比呼叫舰队支援来得方便),因此在发起登陆作战前或许会先降落一批战斗机,在空中待命。如果空降载具本身是一种运输机,登陆作战的形式可能类似于“直升机突击”。

至于地面重装甲载具(坦克)的地位则是一个陆军战术问题,我们不再讨论。空降部队的编成有多种可能性,按照驱动能量由低到高的顺序举例:空降纯步兵(二战空降兵)、空降机械化部队(装备装甲车和坦克的现代空降兵)、得到战斗机支援的空降机械化部队(得到航空兵支援的现代空降兵)、乘坐运输机的步兵+战斗机(COD中乘坐黑鹰直升机,得到武直支援的主角)、乘坐运输机的步兵+搭载运输机的装甲车+战斗机(红警3中的直升机吊运坦克)、乘坐运输机的步兵+飞行坦克+战斗机。这些部队编成都是有可能的。此外,可凭装甲抵挡某些反坦克武器的人形载具(i.e.,
高达)决不会出现,因为它实际上是一种飞行坦克,而人形是最差的坦克构型。

在登陆部队控制一片区域后,就需要考虑物资前送的问题。高效的天地运输载具必然可重复使用,并充分利用了气动原理,这大致是某种航天飞机/空天飞机,类似于冯·布劳恩在《火星计划》中提出的运输系统(一种机翼可拆卸,滑翔时间极长的航天飞机)。显然,滑翔距离越长,则这种“运输机”承受的过载和热量越低,它本身也就越廉价;但要求远征部队控制更大的地域,否则它将受敌防空火力的严重威胁。运输机的具体构造取决于行星的重力、大气密度等参数,因此有必要为不同行星设计不同的运输机。登陆部队或许会倾向于先控制围绕行星的一个环形区域,这样直接支援舰队就可以不开启动力在轨道上轮流值班,同时运输机可以在着陆前滑翔任意长的距离(从而极为廉价),但占领一个长带状地域在陆军战术上极端不利。

由于太空足够广袤,因此远征舰队的运输线一定极长,从而相当脆弱(想想二战中美军为什么不直接横跨太平洋登陆日本!)。这就要求登陆部队尽可能减少对舰队的物资依赖,尽量就地补给。就地生产大量弹药不太现实,但好消息是登陆部队可以就地生产能源:将一个聚变反应堆运到地表即可。它只需氢和氦这样的轻元素作为燃料,丰度极高,易于获取。聚变反应堆产生的能源则可以用来制造化学燃料(事实上美国海军已经在核动力航母上安装了此类设备),从而给各种车辆和战斗机提供动力。可以看到,一支只使用激光武器的“全电陆军”可以在敌境内长期作战,而无需补给。但炮弹、导弹,甚至一次性无人机都必须经漫长的补给线从本土运来。

太空登陆战

太空登陆战指登陆一个太空中的小目标(空间站/小行星/战舰)等等,其本质更接近于“跳帮战”。其过程是:舰队先经过减速,与目标基本保持相对静止(或相对速度不大),然后放出运输机进行登陆。当然,以1‰c飞行的舰队无法迅速登陆某个突然出现的目标(也就是说,无法‘登船临检’),它必须绕一个漫长的圈回来,减速过程历时几天。

防空作战

行星表面的防空火力同样由激光武器、电磁火炮、炮射导弹、非炮射导弹组成,它应当包含至少两道防线:位于近地轨道的第一道防线和位于地表的第二道防线。出于类似的原因,炮射导弹和炮弹的区别不大,我们都将其归为炮弹。在技术水平相近的情况下,防空部队的激光武器和电磁火炮(实际上还包括雷达)会强于战舰上的同类系统,因为它们无需移动,从而可以做得更大,更笨重。这和历史上要塞炮强于舰炮的情况类似。

而非炮射导弹是一种适合偷袭的武器。很容易设想伏击战术运用的场景:利用低轨道上众多的空间站/人造卫星,或者木/土星环中的石块隐蔽它们,等舰队通过时发射。但小行星带起不到这种效果,因为小行星之间的距离可能高达数十万千米——除非有十足把握敌舰队将通过某颗小行星。

如果防空部队能在对射中获胜,从而拒止舰队进入某一轨道(例如,某个半球内的防空火力很强大),那么舰队在支援登陆部队时将只得花费燃料进行机动,或者进入一条较差的轨道(例如很‘扁’的椭圆轨道),从而显著降低了支援登陆部队的效率。

战舰设计

还有一个话题是:战舰应该长什么样。功能决定设计,所以我们将其放在最后。

出于雷达隐身性能的需要,战舰形态应当较扁(有利于电磁波绕射,一个扁圆盘的RCS是很小的)。在此基础上,是“飞碟”(横竖等长)还是“冲浪板”(一个方向较长,另一个方向较窄)呢?

动力系统和武器系统将决定战舰的设计。我们发现,在深空舰队战中,战舰的火力主要朝向径向,同时需要以大功率侧向机动以躲避炮弹,且在整个交战过程中基本不必进行径向机动(整个交战过程仅需要几十分钟,而减速过程需要数天,不差这一点时间)。如此看来,似乎“冲浪板”就可以了:顺着长轴布置动力系统,将短轴指向敌人。这和现实中的战列舰类似,不同之处在于它是在短轴方向上高速飞行的。“冲浪板”型的战舰在平时以长轴朝向速度方向,以减小正面RCS,在交战时侧过来,以便机动和发扬火力。

在绕地舰队战和行星登陆战中,情况略微复杂一点。战舰的火力当然指向地面(从地平线上出现的敌舰也算作地面),但它可能会向各个方向机动。如果“冲浪板”型战舰也能在短轴上布置推进装置(装一个喷口就好了),那么这种造型也就够用,否则可能需要“飞碟”型,甚至球型。尤其是前文所述的,专门的小型对地支援舰,它们更多考虑对地打击而非反舰作战任务的需要。

需要考虑的另一点是雷达的布置。在平时,战舰或许可以用某种拖曳雷达(或者前述的战斗机搭载雷达)提高预警距离,但在进入战斗后,这种拖曳雷达就容易被破坏。沿战舰本身长轴安装雷达似乎是一个不错的选择,但这要求战舰在全程,而非仅有进入战斗后就以横轴对准速度方向航行。或许需要有一种专门的“预警舰”为整支舰队担负探测任务。

出于隐身考虑,太空战舰很可能并不会像曾经的战列舰那样,浑身布满线条刚硬的炮塔、桅杆、桁架,而是拥有光滑而柔和的曲线。多炮塔神教徒或许并不能完全如愿以偿,因为太空时代的战舰很可能同当今的武器审美一脉相承:低调、隐蔽、沉默、致命。从远处看去,一支以全功率推进的舰队将像一群无害的萤火虫一样,在黑色的星空中发出微弱的光芒,尽管它们或许有能力夷平一颗星球的地表。

参考文献

[1] https://www.zhihu.com/question/40076734/answer/88894394
[2] http://www.9ifly.cn/thread-1559-1-1.html
[3] https://airandspace.si.edu/collection-objects/neutral-particle-beam-accelerator-beam-experiment-aboard-rocket?object=nasm_A20070004000
[4] 汪民乐,李勇. 弹道导弹突防效能分析[M]. 北京:国防工业出版社,2010.170-197

《武器与战术:对聚变时代太空舰队的构想》有2个想法

  1. 实际上登陆战几乎不必要出现。在交战双方技术没有巨大差距的前提下(不然就不用打了),只要战舰能够赢得深空战斗和绕地战斗,引力势阱和从星球表面发起深空探测的巨大难度会使得星球表面的部队几乎无法对抗深空中的战舰。最多在几次来自深空的核导弹打击之后,星球表面的居民将明白反抗只是纯粹的无用功。

    1. 我倒是觉得陆地的面积会是一个显著的问题。在攻防技术水平相近的情况下(如果有死星,甚至是类似于当前技术水平下的ICBM+氢弹这种‘无法防御’的东西,就啥也别说了……如果能打起来,说不定有某种能极大减轻核弹打击效能的防御手段呢),由于建造舰队的开销远远大于建造同等规模的地面部队,那么如果如果试图单纯用武力打击迫使一个星球规模的政治实体屈服的话,或许进攻方舰队的规模会在庞大的陆地面积前被稀释。如此一来,如果组织得当的话,防御方或许通过分散、伪装、假目标等手段降低进攻方的打击效率,迫使进攻方过分消耗长途运来的,宝贵的燃料和技术兵器,从而无法达成战略目的。例如:大约10倍于现有美国海军规模的舰队(100艘航母,1000艘驱逐舰)能毫无压力地团灭全世界海军,但是如果用它们打击整个地球,以约四倍中国国土面积(4千万平方公里)计,那么每十万平方公里只能分到0.25艘航母和,2.5条驱逐舰,即一个20万平方公里(比河南大一些)的省份只能分到0.5艘航母(三四十架舰载机)和5条驱逐舰,这个数目似乎并不那么绝望。如果这个推论成立,进攻方更经济的方法应该还是掩护地面部队占领登陆场,并就地取得补给,将占领地区的产能为己所用,减缓后勤压力。

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