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卷二太空戰斗導論 第三章 偵測、反偵測與通訊篇

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    一、太空作戰中的目標偵測方式

    想要作戰,首先便是要能找到敵人,其次則是要防止自己被敵人找到。至于在太空中如何偵測目標呢?基于環境與匿蹤的需求,主要會以電子光學監視系統的被動偵測為主,而不會是目前的電波雷達。使用電波會有兩個問題:

    (1)失效的機率極大

    即使是在今天,結構外型與電波吸收材料的發展已經使電波的索敵能力大幅弱化。而將來這方面的進展則會更明顯。此外太空船外型沒有航空機之類的氣動限制,因此能夠以匿蹤為設計時第一優先需求,無所不用其極地降低rcs(雷達反截面積),故使用雷達可能根本偵察不到目標。

    (2)泄漏己方位置

    雷達波一去一回,在己方能接收到足夠強度雷達波以判定目標的距離之前,敵方會先以此來定位己艦的位置。假如雷達偵測范圍是10光秒的話,來回即為20光秒,這表示敵方在20光秒外便可接收到相同強度的訊號從而得知己方的位置。

    基于以上兩個原因,雷達的唯一效用可能只剩航道隕石搜索閃避的功能,并且主要裝在民用船只上。至于作戰用的軍艦則會使用被動的電子光學監視系統。

    所謂電子光學監視系統,事實上就是一種電子光學望遠鏡。一般的望遠鏡必須將目標拍成照片,但照片的數碼化需要人力介入故難以進行持續監測。而電子光學望遠鏡乃是使用大量的ccd陣列(注)構成的望遠鏡。此種望遠鏡獲得的的分辨率取決于ccd的質量與數量,掃瞄到的資料直接以數碼檔案的結構儲存并以計算機進行全自動的處理。配合強力的計算機,此類系統可以對廣大宙域進行長期的全時監視偵測掃瞄。此外,軍艦除了電子光學望遠鏡外,也會裝備其它的光學望遠鏡,比如用以偵測中紅外線與遠紅外線的系統。

    注:ccd,chargecoupleddevice電荷耦合元件,用來作數碼相機、望遠鏡的基本感光構成元素,其感應范圍為波長在400~800nm的可見光以及波長800~1200nm的近紅外線區段。目前最新型的ccd有更大的感測范圍,除原本頻帶外,紅外頻譜感測范圍可以增加到1200nm~1500nm,也就是涵蓋近紅外線的全部頻寬。此外也已經出現可以偵測波長在350nm~100nm的紫外線頻譜ccd。

    電子光學監視系統基于其可以長期監視大范圍面積的特性,于70年代就開始被用在需要24小時監視地表的早期預警衛星上。如美國的dsp國防支持計畫里的早期預警衛星便是使用電子光學技術,目前的dsp衛星攜帶一組口徑3.6公尺,擁有6000個ccd元素的望遠鏡,可以從三萬六千公里的同步軌道上偵測到地表飛彈發射時的尾焰。而用以接替dsp衛星的次代系統名為sbirs(spacebasedinfraredsystem,天基紅外線系統),分成高軌與低軌兩個次系統,擁有更強的能力。除了可以偵測飛彈外,還可以偵測噴射機的尾流,甚至可以偵測軌道上已與推進段分離,溫度極低的飛彈彈頭。并且其由于同時配置了ir掃瞄陣列與凝視陣列,使其能夠在掃描一個較寬區域的同時集中探測一個較小的區域。當有導彈發射時,sbirs高軌道衛星的掃描陣列可迅速偵測導彈排出的尾焰,而凝視陣列則能持續跟蹤尾焰,此種方法使其能連續精確地跟蹤導彈的軌跡。

    另一個例子是美國的陸基遠太空光電監視系統(ground-basedelectro-opticaldeepspacesurveillance,geodss)。geodss是美國專門用來監視地球軌道上所有人造飛行物,特別是高軌衛星的偵測站。此系統為在地球緯度相近的地區建立5個光電觀測站以組成一個全球光電空間監視網,這5個工作站分別設在白沙(新墨西哥)、毛伊(夏威夷)、大邱(韓國)、迪亞哥加西亞島(印度洋)、葡萄牙南部地區。geodss系統使用電子掃描技術,將望遠鏡觀測到的圖象轉變成電信號,經計算機處理,濾掉目標周圍的星體,在電視監視器上以光紋線形式顯示目標。此一系統所使用之主望遠鏡為口徑一公尺,由4096x4096個ccd元件組成的陣列,可以在同步軌道上(三萬六千公里)偵獲籃球大小的目標,效率遠高于雷達或舊式的光學望遠鏡。

    值得一提的是,geodss系統在經過1996至1998年的改裝,換裝新型ccd元件后,投入近地物體監視計畫(near-earthobjectprogram)以偵測可能對地球造成威脅的小行星體。期間內連續發現數個新的小行星,并且在任務中證實了其威力:改裝后的geodss主望遠鏡可以在1au(一億五千萬公里或500光秒,地球到小行星帶前端的距離)之內偵察到直徑100公尺等級的小行星體。

    注意,此例中的系統是位于大氣中的陸基系統,且neop計畫里查找目標是本身不發熱的小行星。同樣規模的系統拉到太空中以免除大氣干擾,加上以具有動力會產生廢熱的人造飛行體為目標,則偵測能力將有可能提升五至十倍左右。

    注:美國空軍太空司令部介紹geodss的網頁,其中有白沙站的照片。

    http://www.spacecom.af.mil/hqafspc/library/factsheets/factssheets.asp?factchoice=8

    而將來類似但更先進的系統也會被配置在太空船上,成為太空船的主要偵測系統。在太空軍艦上將會把使用寬頻譜的光感元件陣列,或者也有可能混裝不同頻譜不同性能的元件組合構成整個陣列,這些元件陣列將以環帶的型狀布設在船殼上,并以光纖將收到的資料集中到艦內計算機中處理。而計算機將根據資料庫濾除所有恒星、行星、小行星體與擁有固定航線的商船訊號,只留下不明的資料。此外,也有可能出現專職的偵察艦,即將艦體表面完全布滿光感元件,以較高的元件數量來得到較大的單艦偵測分辨率。

    不過,把光感元件直接暴露在外可能有易于受損的顧慮。此時也可能會稍微改良一下,將光感元件完全收到船體內,船殼外改布設單純的光接收器陣列版(可能是光纖端子一類的),然后使用光纖線路將光子訊號收到船內,經過光量檢測器、濾光鏡(選擇性路徑)、分光裝置等,最后再投射到光感元件上。如此不但可以物理上保護光感元件,還可在遭遇強光狀態時,使入光先透過濾鏡讓能量降低至安全水平內,讓系統能在強光環境下持續運作。最后更可以透過分光裝置讓光線同時進入對于不同波段敏感,或具有不同性能的不同光感元件或光學鏡頭內,以對入光進行全頻譜的同步掃瞄處理。這種選擇性的路徑通過是電子光學系統的獨門特技,目前已被運用在美國為nmd/tmd系統所發展的的最新型光學偵測儀器上。

    底下是一個分散式全頻譜同步掃瞄處理系統的簡單流程示意圖:

    ------------分光裝置--|-光感元件1-計算機1--|

    |||-光感元件2-計算機2--|

    光接收器--光量檢測器--|||-光感元件3-計算機3--|--中央計算機

    |||-光學鏡頭1-計算機4--|

    --濾光鏡--||-光學鏡頭2-計算機5--|

    在宙域掃瞄策略上,則會將全天球劃分成數百個區域,而光感陣列環帶亦以一定數量的陣列構成群組,各群組分別負責各自的掃瞄責任區以進行全天球的目標掃瞄偵測,并在偵測到可疑目標時集中辨識加強分辨率,或使用大口徑的望遠鏡執行進一步的目標辨識作業。

    例如假設艦體某面陣列有共10k*10k的偵測元件陣列,則可以切成100個1k*1k掃瞄群分別對各自負責的空域實施掃瞄,但在某空域發現某目標時,立即集中此面所有元件對此目標實施高精度辨識,此時對此目標的識別能力等于一口氣提升為分別掃瞄時的100倍。當然,群組分配比例可以視需求決定。

    另外若是以艦隊為偵測基礎,更可以劃分各艦負責的責任區各自掃瞄以增加反應速度,或是在需要時令全艦隊針對指定區域集中掃瞄來構成具有巨大口徑的多艦組合偵測陣列以提升偵測距離與分辨率。而艦與艦之間會以資料鏈統合整理艦隊的偵測情報資料。一但偵獲可疑目標,艦隊可以指定不同的兩艘船同時追蹤目標,以三角定位來精確計算目標距離。以上這些動作都可以完全自動化,不需任何人工的介入。

    例如目前esa構想中的達爾文(darwin)計畫便是使用六具直徑1.5公尺的小型太空望遠鏡組成的紅外線干涉陣列望遠鏡,其等效觀測能力相當于口徑50~500公尺(平均約為250m)的單一大型望遠鏡。若使用更多的望遠鏡組成陣列,偵測能力自然也就會越高。

    注:達爾文計畫的網址

    http://ast.star.rl.ac.uk/darwin/

    需注意的是,這類監視系統乃是一種被動偵測系統。不會有電波雷達主動拍發訊號的缺點。但如果有需要的話,仍然可以使用雷射主炮╱副炮以低功率發射光束照射指定區域,再用偵測陣列接收其反射光來判定目標精確位置。不過大部分的情況下是不需要這么做的。

    在這里我們必需考慮所謂的熱力學第二定律:在自然界的過程里,熱能只會從較高溫處往較低溫處傳遞。而將熱能轉換成動力的機器(例如太空船引擎)稱為「熱機」。無論任何熱機,都只能將部份的熱能轉換成機械功,而其余的部分就會成為無法利用的廢熱流失。世界上沒有百分之一百效率的熱機,必然會在能量的轉換過程中產生廢熱。

    這個定律指出一件事,即太空船在引擎運轉的時候必然會產生廢熱。而這個熱訊號在電子光學監視系統的屏幕上將會呈現一個明亮的訊號。因此我們可以這么說:熱力學第二定律注定太空船無法不主動放出訊號,也就注定其必然會被偵測到。

    接著,由于太空中3k的背景溫度和太空船的廢熱呈現一個巨大的反差,遠高于地球表面目標和環境的溫差,因此嚴重凸顯了太空船本身的訊號,使太空船更易于被偵測。這使擁有巨大的電子光學監視元件陣列的太空船對于船艦目標擁有極高的被動偵測距離。以前述的geodss系統所展現出來的偵測能力等級來推估,配置于太空船上的大規模電子光學監視系統的偵測距離將可以達到數千光秒之譜。舉個淺顯的例子,這相當于一艘位于地球軌道的太空船可以使用其偵察系統搜獲正位于土星軌道上的一艘長一百公尺的太空船(平均距離約十三億公里,4300光秒)!而該太空船若以每秒一百公里的速度穿越這個距離則總共需時約為150天,即五個月。且如果使用艦隊的集團整合偵察,則偵察距離可以再延長數倍。此外,從熱源分布型態上可以大致辨識出目標太空船的型號。

    由以上資料可以很清楚的發現一件事,太空船艦,特別是擁有先進偵測系統的軍艦的偵測能力將會遠遠高于其武器射程與船只航程,這在過去的地球上是沒有任何前例的。過去從來沒有任何偵察單位能夠在一個月以上的時間距離外偵測到敵人部隊的情況,通常只有數小時的時間距離,只有構成完整組織的軍團級、國家級偵察網統合協力下才能勉強獲得數天到一周的偵察時間距離/預警時間,周以上的時間距離則通常只能由偵察以外的情報手段才能獲得。而太空船艦幾乎是每艘軍艦都是單艦就具有這種超長程偵察能力,這完全是由于太空特殊的背景環境所導致的結果。

    最后再提一下,這里所提到的偵測系統只有電子光學望遠鏡,不包含其它的系統,比如重力偵檢器這一類東西。未來可能還會有其它更有效的東西出現,不過光只這一項,太空戰艦就可以用的很高興了。

    又,基于能自動化運作、擁有長時間的寬廣空域大量目標監視能力等特性,上述系統除裝在太空戰艦上,也會裝在軌道衛星、太空站、浮游工廠或任何大型的太空平臺上。其目的是為了要偵察接近的小行星體以防止自己遭到撞擊。而各太空站的偵察平臺將會互相分享資料,構成完整的的遠太空小行星監視網,并在有需要時對各單位發出小行星體接近警告。此外,對于高速的微流星體、小型碎片與大型塵埃顆粒等防護則將會使用微波雷達在大約五千到一萬公里的半徑以內進行掃瞄,并使用雷射炮執行清除作業。

    以上所說的是軍艦使用本身的艦體感測陣列實施偵察的狀況。除此之外,也有在必要時使用無人偵察裝置實施長程搜索的方法。最簡單的方法就是把飛彈拆掉彈頭,換裝偵察頭(較小的球型感測陣列)與通訊裝置,并發射到遙遠的距離外實施偵察作業。此法可以彌補艦體偵察器的不足。

    例如假設艦體感測陣列偵察范圍是4000光秒,若想要對于8000光秒外的宙域實施偵察而派出秒速一百公里的偵察艦,需時五個月才能抵達能將目標區納入偵察范圍的位置。若是使用秒速一萬公里的偵察飛彈,則大約在發射后70hr后就可以獲得目標區的一些資料。雖然偵察飛彈的小型偵察頭偵察能力遠比不上軍艦艦體傳感器陣列,可能只能掃瞄飛彈外圍數十光秒的區域,但三天后可以得到的少量資料無論如何都比五個月后才能得到的詳細資料來的有用。

    而敵人的點防御系統雖然有能力攔截飛彈,但距離要近到一兩光秒內才有可能,因此若偵察飛彈真的被摧毀,在之前一定可以先發現敵人。

    總而言之,這是一種無人的小型高速長程戰略偵察機的概念。地球上的長程戰略偵察機一定很大,可是宇宙中只要是自動飛船的話,航程就是無限的,因此一兩百噸的小行飛彈就可以達到長程偵測的效果。

    二、反偵測的策略

    相對于太空戰艦的強大偵測能力,其反偵測能力就比較低了。

    關于雷達匿蹤部分幾乎可以視為100%,也就是說,宇宙軍艦是絕不可能被雷達偵測到的。這不是什么神奇技術,就在今日的地球上,匿蹤技術便已經進步到非常接近此種理想的等級。目前世界海軍最新型匿蹤艦是2001年下水的瑞典visby級飛彈巡邏艦,其匿蹤能力強大到即使在海象良好的情況下,也要接近到22km才會雷達發現,惡劣海象下搜獲距離則會減至13km,如果再配合電子反制措施,上述兩種情況下被雷達發現的距離分別進一步降至11km與8km。這四個數字都低于其上所攜帶的武器射程,甚至也低于目視距離。而未來在太空戰艦上,雷達匿蹤能力只會更好不會更差。

    最大問題在于對于被動光電偵測系統的匿蹤與反偵測。受限于熱力學第二定律的根本理論限制,這個問題是無法可解的。所謂天要下雨,娘要嫁人,天意如此,誰都沒辦法。

    有人可能會這么問:「任何定律都可能被推翻,說不定哪里一天熱力學定律被推翻,或者出現了新的定律那也未可知啊?」

    這個問題問的好,答案是如果哪里一天熱力學定律被推翻,那么我們也不需要搞什么宇宙戰艦光學匿蹤了。因為若是熱力學定律被推翻,則死人就可以復活了,到時還匿什么蹤打什么仗?

    以上這可是千真萬確,不是說著玩的。不要以為這是在開玩笑啊^^

    閑話休提。雖然做不到被動偵測的光學匿蹤,不過也有增加敵方偵測難度的方法。但是需要注意一點,不管再怎么偵測,效果都很有限。絕不會像雷達匿蹤一樣能達到數千數萬分之一,甚至完全匿蹤的地步,能把對方的偵測效率降低一半就已經很了不起了。其策略大致如下:

    (1)以背著恒星、行星的角度攻向敵人

    這是最直接的想法的。這種戰術自從飛機發明以來,是蠻受歡迎的戰術。不過執行這種戰術得要有個先決條件:必須知道敵人的位置,至少大致知道其來向。只有這樣才能讓自己移動到與恒星和敵人成一直線的位置。也就是說,得先偵測到敵人,或是設定對方行動路線才行。

    這雖然有一些難度,但還是有可能的。因為光學系統還是會受到某種程度的逆光影響,因此位置的不同,背光與逆光的差異會讓兩方的偵測距離產生一些差距。而這不必完全背對恒星行星,相對位置夠就會有一些影響。

    需要注意的是,這種方法有使用限制,一般只能在火星以內的近日行星使用,即使在火星軌道,日照也只剩地球軌道的一半而已。在遠一點的行星軌道,太陽的效果就會降低。而日照的威力是隨距離的平方而下降的,在冥王星軌道看太陽時,只不過是一顆比較亮的星星而已。這在航海家二號飛過冥王星后,轉身對太陽系作最后回顧時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陽,但不會就因此而使對方看不見自己。偵測系統仍然可以搜獲背對太陽的目標,最簡單的方法就是使用掩星效果。玩過天文望遠鏡人應該會知道拍攝所謂「水星凌日」的方法,那就是將望遠鏡對準太陽,放張紙片在觀測位置上,則當水星橫越太陽時,其遮住太陽的影子也會跟著投影在紙片上,這就可以清楚的看見「水星凌日」的效果。這種觀察陰影的技術就是偵測背對恒星、行星目標的理論基礎。

    人類不能或是很難用肉眼看見背對太陽的目標,但這可不表示機器辦不到。大部分人應該都看過在太空中直接拍攝的巨大太陽的照片,這些照片的存在本身就是最大的證據。

    現實中存在有所謂的「太陽觀測衛星」,主要工作就是專門拍攝太陽的照片以研究太陽。這一類衛星有nasa的先鋒五號(pioneer-5)、oso系列一至八號(orbitingsolarobservatory,軌道太陽觀測臺),smm(solarmax,太陽峰年)、trace(transitionregionandcoronalexplorer),nasa和esa(歐洲太空局)的國際共同合作的soho(solarandheliosphericobservatory)、尤里西斯(ulysses),日本的陽光號等等,甚至連太空實驗室(skylab)都拍了15000多張太陽的照片。

    注:nasa的太陽觀測衛星soho的網站,其中有許多太陽照片

    www.nascom.nasa.gov/" target="_blank">http://sohowww.nascom.nasa.gov/

    事實上,觀測太陽是有必要的。因為觀察太陽表面、黑子與日珥的任務是預測太陽風暴的重要程序。太陽風暴會干擾通訊與電子儀器,影響信息流通與交通,特別是民航航線、衛星與太空飛行任務等受到的影響最大。目前nasa與各國的天文臺、氣象局都會在需要時對一些單位如民航單位、太空單位甚至電信單位等發布太陽風暴警告。而這些警告的主要資料來源就是太陽觀測衛星。同樣的,太空船艦也需要知道這類信息,而他們的資料來源就是自己觀察。

    一般要拍攝太陽相片的方法,就是以特殊濾鏡掛在望遠鏡頭上拍攝。而光感陣列的電子光學系統則會使用特殊的元件的陣列來拍攝,或者也可以讓入射光先透過濾鏡。前面曾提到的全頻譜同步掃瞄處理流程中就可以同時包含濾鏡和特殊光感元件這兩種元素。當面對太陽、行星時,入光量檢測器會改變線路讓入光進入強光對應路徑。而背對太陽、行星的目標,就會在明亮背景上留下清楚的影子。

    因此背對太陽的方案雖然有其效果,但最多也只能使太空船在這個方向的偵測距離降低一兩個百分點而已。不過即使是一個百分點,也總比完全沒有好。特別是在雙方距離十分遙遠,正在進行戰略機動的時候,此法還是會有點用處。因此在可能的情況下還是會使用此種戰術的。

    (2)近距離核爆閃光干擾

    因為太陽本身就是一個無與倫比的超級大核彈,因此前述的強光對應機制也可以應用在此種情況下。不過極近距離核爆的輻射線、熱能可能會破壞船殼上的某些光接收器(但這不屬于干擾而應屬于戰損)。因此太空船表面會常駐有自動或遙控的機器人修理隊,以在需要時即時抽換的方式隨時替換修理壞掉的光接收器陣列元件。當然,這些機器人同時也會修補船殼破洞與其它外部受損的系統(如果有的話)。

    另外需注意的是,此種干擾方式只在兩方交火之后才會發生,或者說屬于作戰時的附加效果。當兩方都處于戰前索敵狀態,連對方的影子都還沒看到時,缺乏射核彈的目標,如此自然是無從對敵加以干擾的。而<!--中间广告位置-->前述的與星球相對位置的干擾效果則視雙方戰略位置而定,有可能在交火前就能發揮效用。

    (3)釋放煙幕干擾

    在太空中使用煙幕?這可不是簡單的打開瓶蓋就好了。首先在超真空的環境中,氣體會以極高的速度擴散稀釋。其次由于太空船是以極高速度前進,在我們的設定中是秒速一百公里,這一來煙幕需要覆蓋的空間就小不下來,連帶的量也會十分龐大。

    很多sf與fhn(比如鋼彈、銀英傳)里面都有粒子散布的場景,其實其設定里面最大的問題就是粒子密度的問題。比如米諾夫斯基粒子、指向性杰服粒子這些的,到底需要多少才能產生效果?大家不妨計算一下構成粒子煙幕的條件,看看一方公里的空間中需要釋放幾噸的粒子才能達到需求。若是在一萬「公里立方」的「極小規模」戰場空間又需要多少噸的粒子。

    我們不知各種粒子「戰斗濃度散布」的濃度是多少,姑且以地球表面空氣密度為基準,標準大氣的海平面密度為其質量為每1.225公斤/立方公尺。以這個密度在一立方公里的空間內平均散布粒子,總共需要1,225,000噸重的粒子質量。

    銀英傳里的戰艦重量多少?查不到資料。不過鋼彈倒是有的。鼎鼎有名的原祖飛馬級強襲登陸母艦白色基地,全長250公尺,重量68000噸。換句話說,要在一公里立方的空間中釋放米諾夫司基粒子,使其達到一般大氣空氣的密度,所需的質量相當于18臺白色基地。

    不要忘記,宇宙戰艦會以高速前進,所以在小區域內釋放粒子是沒有用的。假設有一萬艘秒速100km的戰艦以100公里間隔構成一個垂直正方形。整個陣型在100秒內將會航行前進10000km掃過的體積為一萬公里立方,則要在這個方塊以標準空氣的密度來填滿粒子,不管是煙幕、杰服或是米諾夫斯基粒子都行。總共需要幾噸的粒子呢?答案是1.225e16,也就是1.225乘十的十六次方公噸的質量。

    我們把標準放寬,把粒子密度降到標準空氣的一億分之一好了。這樣可以減去八個零,剩下1.2250億噸而已。從這個計算,我們可以簡單看出在太空中施放煙幕/粒子的可能性非常低。

    簡單來講,太空之所以稱為「空」,是有他的理由的。

    (4)指向光束主動干擾

    就是直接用強力光束去干擾敵艦。其性質類似于電波雷達時代使用指向電波實施壓制性干擾。此方案的前提條件也是要先偵測到敵人,而且要有足夠的目標精確度才行,不然干擾光束無從對準敵艦。故一般只能用在交戰時。

    一般而言,與其說這是太空戰艦主要的作戰干擾方式,不如說是也只剩這幾個方法而已。此法在執行層面上需注意幾個問題:

    首先,需要有射控等級甚至以上的精確度。使用雷射主炮對敵人實施干擾,必然是在大于標準的攻擊射程的時后。因為如果在射程內,則直接使用主炮打破敵艦就好了,沒有必要浪費時間去干擾敵方。反過來想,就是因為敵我距離超出主炮破壞射程無法實施破壞性攻擊,所以只能稍微加寬光束試圖進行干擾。而雖然光束可以加寬,但距離也變遠了,對于精度上的要求將不亞于主炮的射擊。一般而言,此種干擾的應該在光束武器破壞距離的兩倍之內,大約不會超過10光秒。

    其次,每艘船一次只能干擾一艘敵艦。在武器篇曾經提到過,太空中不管敵我艦隊,艦與艦之間都會數百上千公里的間隔距離。而戰艦等級出力的雷射主炮如果改變焦點把光束放的太寬,則能量密度當然就會降到太過稀薄,無法對敵方產生干擾效果的情況。而雷射光束的能量密度,與光束口徑是成平方比的關系。

    舉個簡單的例子,假設某艦雷射主炮實施攻擊于一光秒外命中敵艦時,其光束為直徑一公尺的正圓形。同樣的距離下改變焦點把光束口徑增加到一百公尺,則面積將變為原先的一萬倍,單位能量投擲密度將會降低到原本的萬分之一,若口徑增加到一公里,則能量密度更會降低到一百萬分之一。顯然若光束太寬,能量密度就會低到無足輕重,甚至不能迫使對方的傳感器進入強光對應機制。因此只能實施一對一的干擾。

    最后,由于雙方的軍艦傳感器都會有強光對應機制,因此這種方法的效果和背對太陽一樣,只能降低對方幾個百分點的感測距離。又由于非得在近距離使用不可,所以實際上的用處甚至比背對太陽還小,是一個典型的有效果但沒用處的例子。

    最明顯的例子就是,假設敵艦偵測距離是兩千光秒,則背對太陽可能讓對方偵測距離減少個幾十上百光秒,在雙方距離遙遠時還有點用處。可是當雙方距離只有十幾光秒即將要交戰的時候,再怎么干擾都沒什么用處,就算很神奇的能讓對方偵測距離少一半好了,可是兩千光秒的偵測距離減掉一半也還剩一千光秒,而目前敵我距離卻只有十幾光秒....

    (5)以誘餌混淆

    這個是比較實際的方法。充氣模型做的好的話,會有相當程度的效果。但需要注意不能用單純的充氣模型,要能有相應的放熱能力,否則在紅外頻譜的偵測時就會曝光了。另外,也不能用什么熱焰彈,這不要說在未來,就是現在也騙不過新型的焦平面凝視陣列尋標頭。至于金屬片則是用來干擾雷達的,對于不用雷達的家伙就象是垃圾一樣。誘餌一定得做的有模有樣才行。

    比較大的問題是,當對方以全頻譜感測將資料互相比對時,模型就很容易露出馬腳。全頻譜感測除了使用全頻寬帶元件之外,也可能是在陣列中整合了分別涵蓋各頻段的不同元件,在之前的偵測系統構成的描述中有提及。

    其實這是個人類常犯的想當然爾的問題。因為在人眼來看,只要形狀顏色一樣,其它的就分不出來了。不幸的是,機器的眼睛并沒人的肉眼那么遜。人類肉眼可見光波段在400~800nm,使用波段在800~1500nm的近紅外線以及350nm~100nm紫外線頻譜,就可以在一定程度下看出物體的熱源與材質特質。換句話說,誘餌除了要有可見光波段的偽裝外,還得在針對另外這兩個頻段區域進行偽裝。而最大的問題是,這種偽裝方法并不容易。

    這是因為在化學里面,有種叫做光譜分析的技術,常被用在天文觀測上。此種技術是觀測物體發射或反射的光線,其學術名稱叫做「發射與吸收譜線」,從差異中檢查出其構成元素、溫度,有時甚至可以從光譜紅移或藍移規模估計出目標的速度與方向。幾十年來人們使用此種技術來分析數千萬光年的星系構成的物質,要分析數百上千光秒外的物體構成當然是輕而易舉。而發射、吸收譜線是物質的一種物理特性,只根據觀察目標的構成元素而定,因此是無法偽裝的。

    換句話說,誘餌不但形狀大小與發熱量要與真貨相仿,連表面材質也要一樣才行。最壞的情況是,你需要為誘餌準備一個外殼。雖然很薄,但材質卻要與己方的艦艇相同,這會造成誘餌的制造、攜帶與布放難度大增。

    不過,也不是完全沒有機會。有個構想就是在所有船艦表面上一律漆上指定涂料,而誘餌則是用模型氣球噴漆。這一來就可以使模型誘餌表面的材質反射率與真貨一致化,如此就能有某種程度的魚目混珠的可能性。

    當然,模型誘餌里面熱源產生器等輔助裝備是必要不可缺少的,而且放熱特性、熱源分布必須與模擬的真實艦非常類似,否則是馬上就會被看穿,不是隨便放個懷爐在里面就可的。因此模型誘餌的重量與成本都會達到某個程度,攜帶數量就會受到很大的限制。

    附帶一提,環境對于模型的使用也會有很大的影響。比如在內行星區域就必需考慮恒星照射對軍艦與模型誘餌的加熱程度差異問題。這也會影響模型誘餌的運用。

    需注意的是,使用模型誘餌對降低被偵測率沒有任何幫助,它只能增加敵人的目標,幫忙分散敵人的炮火而已。所以通常只能用在交戰或即將進入交戰時。如果在敵人還沒出現就放出模型,從整個艦隊的角度來看等于熱點增加,反而會增加艦隊的被偵測機率。

    在這里必須提到一件事,地球環境中有所謂的「熱輻射匿蹤」的考量。因為熱輻射也是(或者將是)導致被偵測的重要因素。在大氣環境中有所謂的「大氣窗口」,也就是某些波長的電波/輻射線可以傳播很遠的距離,而其它波長的電波輻射則會很容易被吸收,無法傳播很遠。而匿蹤載具應盡量避免在窗口波長釋放輻射,可能的話,最好將輻射波長特性改變,使其偏移窗口而能很快被大氣吸收,如此方能不虞被遠方敵人偵測。

    故美國在匿蹤飛機上除了設法降低排氣溫度外,往往也會使用特殊材料或涂料來噴涂熱點。此法不會降低熱能輻射總量(此值只受溫度影響,是理論限制),但有可能改變輻射的波長,使其產生偏離大氣窗口的效果。這就是所謂的「抗紅外線涂料」的運作原理。不止飛機,目前許多軍艦、戰甲車都有使用這一類的涂料來提高對抗紅外偵測的隱身性。

    不幸的是,太空中沒有大氣,因此也就沒有可以吸收特定波長的窗口可言。故太空船抗紅外線涂料就算涂得再多也無法降低被偵測率。這也是太空中匿蹤困難的另一個重要因素。

    最后誘餌除戰斗時用以欺敵外,拿來執行戰略層級的欺敵作業也是可以的,這是太空環境的特點。整只誘餌艦隊只要放出去排好陣型,就會持續慣性前進,這時主力艦隊可以轉彎走別的路線進襲。這種作業一般應該會在數十至上百光秒外執行,也有可能在數千光秒外實施,以將敵人艦隊引誘至錯誤的方向。

    (6)主動熱能轉向儲存系統

    這是可行性與效果比較高的匿蹤方法。其所依據的理論一樣是熱力學第二定律。熱力學第二定律里除了提到熱機外,還有另一種相反過程的裝置叫做致冷機(refrigerators)。其操作程序為外界對它做功,讓它能由較低溫的熱庫吸取熱量,并將它完全排放到較高溫的熱庫中。與沒有100%的熱機相同,我們也不可能制造出理想的致冷機,整個過程只是從較低溫處吸取熱量,并將它完全排放至較高溫處而已。致冷機的最簡單例子就是電冰箱與冷氣。

    簡而言之,太空船動力系統屬于熱機的一種,其散出的廢熱將使其極易遭受偵測。若在太空船上針對某些熱點裝設致冷機吸取其熱能,并將熱能儲存在船艦內的熱庫中,則太空船對外散出的熱能就會降低,從而降低其被偵測的可能性。例如假設太空船啟動致冷機之前,船本身的熱平衡使船外殼平均溫度達到320k,啟動致冷機之后,則有可能將船外殼平均溫度降低到300k。此時船體的輻射熱將會降低,可降低己艦遭到偵測的可能性。

    但此種致冷程序將會造成一個現象,即將外殼熱點維持在一個較低水平的同時,艦內熱熱庫所儲存的熱能(即其溫度)將會逐漸提高,當熱庫溫度越高時,致冷效率將會逐漸下降,所需投入的能量將會越來越多。而到一個極限時將會需要關閉致冷機,實施放熱作業將熱庫能量一次放出。此時船艦的平均溫度將會在短時間提高很多。

    簡而言之,這是一個主動的熱能轉向系統。可以投入能源的代價在一個時間區段內暫時儲藏熱量以降低船艦的被偵測性,并在時間結束后將熱能全部放出。換句話說,這是一個限時的有限程度匿蹤系統,效用維持時間視船體與裝備的不同,應該在數小時到十數小時左右。

    此種匿蹤系統的最佳開啟時期應該在船艦加速到最高巡航速度并將航向指向預定目標后,關閉主引擎(或使之維持低功率運轉)實施慣性飛行一段時間,此時船體熱平衡溫度將低于加速時期。在這時使用超導電池所儲存的能量來驅動致冷機,使船體溫度與熱訊號進一步降低,在致冷機運轉的時間內爭取潛進目標與及早發現敵艦的機會。并在雙方交火或己方確定被偵測后,才關閉致冷機實施放熱作業,并重新啟動主引擎。

    需注意致冷機的效果有其限制,當熱庫與冷庫溫度越高時,效率將會越低。同時也不可能把一艘平均溫度在320k(攝氏46.5度)的太空船冷卻一兩百度到220k,因為有熱庫相對質量容量限制的緣故。一般對一艘大型軍艦而言,至多降低數十度,并維持十個小時左右。

    至于溫度下降獲得的效果,可參考熱輻射公式:

    eb=αt^4α=stefan-boltzmannconstant

    從公式可以看出,同一物體之輻射熱能與溫度的四次方成正比。假設主動熱能轉向儲存系統將船殼平恒溫度降低20度,從320k降至300k,輻射量將降為原先的77.24%。若能降低40度,則輻射量將降為原先的58.6%

    從以上的公式亦可看出,起始溫度對于效果也有重大的影響。例如若維持同樣的降幅,但起始溫度從320k提升至420k,則溫度降低20度與40度帶來的新輻射熱量將分別為82.27%與67%,可看出雖然溫度降幅相同,但輻射量減少的效果明顯降低了。這種情況指出一個重點,即在近日行星附近的日照強烈使船殼溫度大增的情況下,主動熱能轉向儲存系統的效能將會受到很大的影響。

    而這一類主動熱能轉向儲存系統一般只能裝備在具有較多的超導電池與較大熱庫容量的中大型軍艦中。基本上越大型的軍艦,除電池與熱庫容量較高帶來的較長熱能轉向時間外,亦可提升致冷機的效率使船體平衡溫度降的更低。基本上這就象是大冰箱通常能夠比小冰箱來的冷一樣。

    需注意的是,是,軍艦在降溫前的平均溫度不會因為大小不同而有太大的差異,因為較大的軍艦雖然需要消耗較高的能量,但同時也有較大的質量來平均吸收廢熱使船殼溫度不致大幅提升。簡單的例子是甲乙兩桶水,甲桶一公升,乙桶十公升,兩者質量相差十倍。假設對甲輸入熱量一千卡,乙桶輸入一萬卡。雖然輸入的能量有十倍差距,經由質量差距加以平均,兩桶將同樣上升一度。

    事實上,如果就能量使用效率來分析,一條十萬噸等級軍艦平時運轉消耗的能量將不會達到一萬噸等級軍艦的十倍。因為規模的增加不只增加消耗的能量,同時也會使能量利用效率也跟著增加。這是工程學與經濟學上的有趣現象。當然這指的是平常航行時,而不是裝備特殊武器并予以發射的情況。在平常的情況下,一條大船的溫度可能反而會比小船低一點點,差個一度半度左右。

    到此我們可以大致描述使用此種主動熱能轉向儲存系統的效果。從對方偵測系統看來,較大的軍艦可能是輪廓大而黯淡模糊的光點,較小的軍艦則會是較小而較亮較明顯的光點。因此而會出現較小的船艦反而比較大的船艦容易被偵測到的奇異狀況。

    最后,此種主動熱能轉向儲存系統在運轉時所能獲得的匿蹤優勢,應該直接正比于其降低的輻射熱量。在遭到偵測距離的降低效果視環境而言,大約在10%至40%之間。最后必須再強調一次,由于需要把儲存幾小時的熱量在相對較短的時間內放出,此系統啟動超過時間限制后的強制散熱作業會反過來把被偵測距離提升數倍之譜。

    綜合以上的方案,在戰斗前的索敵階段,大約只有(1)(6)兩項可以同時實施,并使被偵測距離減少10%至40%之間(但有時間限制),或許亦可以因此而獲得一個先開火(使用飛彈)的機會。戰斗發生后,則執行(2)(5)兩項以欺敵,降低自己被擊中的機率。其中(5)具有戰略性欺敵的意義,也可能提早使用讓艦隊獲得戰術乃至于戰略優勢。至于(3)(4)則不切實際或是意義不大。

    不過客觀來看,減掉一二十個百分比,甚至假設能減掉五十個百分比的被偵察距離,并不會因此而獲得多少的優勢。這是因為初始基數太大的關系。例如十三億公里,4300光秒的被偵察距離就算減半,也還剩下至少六億公里/2000光秒,七十天的航行距離。此時固然可以先敵偵測、發射飛彈,但也有可能因此而被發現,因為飛彈發射的加力燃燒階段將會放出相當大的熱訊號。

    飛彈上當然不可能裝設大規模的冷卻系統,但是小規模的或許做的到,如使用瓶裝液態氦釋放的方式可以提供某種程度的降溫冷卻效果。當然這也是有其限度的。且攜帶液態氦會占去一定程度的酬載重量。

    最后提一下現代軍艦、戰機的雷達匿蹤效果以做為比較參考。第一代匿蹤艦拉法葉的設計使其rcs降為傳統軍艦的5%左右,最新第二代的visby則降為0.001%。至于空軍方面,新一代戰機設計可使rcs降為傳統的10%,匿蹤強國老美新型機f/a-18e/f降為傳統機的%1,最先進匿蹤機f-22則降到傳統機的0.01%以下。至于紅外線匿蹤效果就差了許多。

    附帶一提,由之前的討論中也可發現出一個有趣的事實,也就是即使不使用主動熱能轉向儲存系統或是其它任何反偵測作為,一般太空船隨著位置的不同,其被偵察率就會有很大的差別。比如說前述的420k(攝氏146.5度)與320k(攝氏46.5度)兩個溫度基本上可以視為同一艘船分別在地球軌道與火星軌道時的船殼溫度。而后者的熱輻射量僅為前者的33.7%。這也就是說,在近日行星因為恒星照射導致的船殼平衡溫度上升,使船艦被偵察機會(或是被偵察的距離)可能達到位于遠日行星軌道時的三倍之譜。距離恒星越遠日照影響越少,則被偵察的機會就會下降(即使敵我距離依然相同)。但需要注意的是,這種下降的效果會遞減,而且是有其極限的。因為當太空船完全排除日照加溫的問題時,本身還是會有引擎廢熱產生的溫度。就算把引擎關掉,也必須用電池維持維生系統繼續運作,否則船員就會死亡,所以仍然會有廢熱散出(當然這會比開引擎時的溫度更低)。而完全沒有熱量散出的船顯然就是幽靈船了.....

    三、太空中的長程通訊

    如何在廣大的空間中進行通訊始終是一個問題,特別是基于軍事需求的通訊更是如此。除了要使想通知的對象知道自己在說什么之外,還得防止不想通知的對象知道自己在說什么,而訊息的內容又要穿越廣大的空間。在星球上通訊可能會受到天候地形等因素的影響,但在太空中,距離本身則是最大也是最主要的障礙。

    舉個簡單的例子,地球距離月球約1.3光秒,其間的通訊延遲已經明顯到足以影響某些軍事用途上的即時資料鏈傳輸了。且此種距離產生的通訊延遲問題是無法避免的。因此通訊延遲的問題會將艦隊的疏散距離限制在某種程度內。基本上不會大于一光秒。

    此外,除了通訊延遲之外,還有訊號隨距離衰減的問題。不過考量前述對于微弱訊號的高度偵測能力(前面提到的對遠方目標偵測能力,事實就是對目標反射/發射光訊號的偵測接收能力),以及太空船能夠提供的出力,這方面問題并不大。

    至于通訊的方式則會以指向無線電,或是指向光通訊為主。艦隊里艦船間的聯系會用低功率雷射,或許就直接用點防御的雷射炮塔來實施,以定時的光束通訊網的節點通訊將整個艦隊連結起來。至于對星球、太空站這些固定基地長程通訊則兩者都有可能。不過長程通訊容易被截聽(即使是使用指向性電波、光束也是如此)而導致泄密,因此應該會盡量避免。

    至于長程通訊的距離,事實上可以輕易跨越整個恒星系。最近的例子就是離開太陽系的航海家二號,它在飛越冥王星之后,仍能接受地球來的通訊,并將最后拍攝的照片傳回110億公里以外的地球。而此時其所使用的鈽電池僅剩下數瓦的功率輸出,相當于一支手電筒的出力。當然地球方面在接收此種功率時,必須使用位于波多黎各,口徑達三百公尺的超大型射電天文望遠鏡,甚至考慮使用地面臺與衛星同步接收以產生具有超大口徑接收器的接收效果。換成是太空船的話,則沒有電力不足的問題,可以使用數百上千瓦的指向天線在整個星系內實施直接通訊。

    此外,要對遠方艦隊提供戰略性的指示,也有可能使用改裝的通信用飛彈來實施,以減少遭通信內容遭截收的可能性。所以說飛彈的應用層面是很廣的。將原本設定中的50/100噸級、秒速一萬公里的飛彈拆除攻擊用彈頭,裝上小型指向電波/通信天線,則由于彈頭重量大幅減輕帶來的質量比增加,速度有可能進一步提升。而這一類飛彈可以在數十個小時*到數千上萬光秒距離外,與附近的艦隊進行資料鏈接傳送信文。信文傳送完畢后,通信飛彈可以定時或在艦隊遙控下就地引爆以保持電訊內容的秘密。

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