【架空設(shè)定】22世紀(jì)的太空巡洋艦---亞利桑納號(hào)核動(dòng)力導(dǎo)彈太空巡洋艦

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【主目錄:自由貿(mào)易聯(lián)盟中央檔案庫(kù)系統(tǒng),版本15.8.7.2】
【類型:D/檔】
【子目錄01:自由貿(mào)易聯(lián)盟武裝力量體系】
【關(guān)鍵詞層級(jí)篩選:太空軍、太空巡洋艦、核動(dòng)力、導(dǎo)彈】
【目標(biāo)子目錄:MR-R-1612號(hào)檔案】
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【目標(biāo)子目錄附屬名稱:亞利桑那】
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【基本信息】
名稱:亞利桑納號(hào)核動(dòng)力導(dǎo)彈太空巡洋艦(FTAS Arizona,SCGN-039)
所屬:自由貿(mào)易聯(lián)盟(Free Trade Association,F(xiàn)TA)
艦船類型:行星際巡洋艦(Interplanetary Cruiser)
艦船型級(jí):賓夕法尼亞級(jí)(Pennsylvania-Class)
艦船分級(jí):二等主力艦、分艦隊(duì)旗艦、區(qū)域作戰(zhàn)指揮艦
總裝類型:太空一體化建造&組裝
建造地點(diǎn):新費(fèi)城太空軍軌道船塢(Neo Philadelphia Space Dock,NPSD)LC21A船塢
建造時(shí)間:2147年1月25日
服役時(shí)間:2149年4月8日
除役時(shí)間:2215年10月23日
所屬建制:自由貿(mào)易聯(lián)盟太空軍(Free Trade Association Space Force,F(xiàn)TASF)月球艦隊(duì)(Lunar Fleet)第一分艦隊(duì)
研發(fā)商:泛美軍工(P.A.M.E)、國(guó)家航天系統(tǒng)(N.S.S)
生產(chǎn)商:國(guó)家航天系統(tǒng)(N.S.S)

【性能數(shù)據(jù)】
長(zhǎng):123米
寬:24米/68.7米(散熱板展開(kāi))
高:21米/68.7米(散熱板展開(kāi))
質(zhì)量:5881.45噸(干)、12085噸(濕)
質(zhì)量比:2.05
滿載加速度:0.35g
主引擎噴氣速度:165km/s
速度增量(Δv):11.85
自持力:150天
動(dòng)力配置:
6×先驅(qū)核子R3B快中子鈾-钚氧化物固核液金冷增殖反應(yīng)堆(主反應(yīng)堆/電源)
7×先驅(qū)核子NP35離心式液體堆芯核熱火箭推進(jìn)系統(tǒng)(主發(fā)動(dòng)機(jī))(燃料類型:甲烷)
10×反作用力控制系統(tǒng)(RCS)推進(jìn)器組(90×過(guò)氧化氫單組元微推力器)
艦船綜合電力系統(tǒng)(IPS)
編制:16人(1名艦長(zhǎng)/指令長(zhǎng)、3名工程師、2名飛行員、4名武器系統(tǒng)控制員、2名雷達(dá)和傳感器系統(tǒng)操作員、4名載荷專家)

艦船熱管理:
熱管理類型:船殼被動(dòng)隔熱控制、封裝箱被動(dòng)隔熱控制、熱輻射器被動(dòng)散熱、熱管循環(huán)網(wǎng)絡(luò)被動(dòng)熱管理、流體循環(huán)主動(dòng)熱控制、封裝箱輻射/傳導(dǎo)式主動(dòng)散熱
散熱設(shè)備:
全艦綜合循環(huán)散熱網(wǎng)絡(luò)(工作介質(zhì):水)
封裝箱綜合主動(dòng)熱控制系統(tǒng)(整合熱控百葉窗、熱控旋轉(zhuǎn)盤(pán)、接觸導(dǎo)熱開(kāi)關(guān)、可變熱導(dǎo)熱管等主動(dòng)式輻射/傳導(dǎo)熱控制技術(shù))
毛細(xì)抽吸兩相流體環(huán)路熱控系統(tǒng)(工作介質(zhì):液氮)
4×大型收放式熱輻射板
4×中型固定式熱輻射板
2×小型收放式熱輻射板

艦船主系統(tǒng):
整合式艦船域標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)(Integrated Ship Domain Control System,ISDCS)(核心+接入雙層架構(gòu))
全艦計(jì)算環(huán)境(Total Ship Computing Environment,TSCE)
洛克希德·馬丁-波音先進(jìn)空天集成戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(Advanced Aerospace Integrated Tactical Network,A2ITN)(基線6.2)
“宙斯盾”艦船綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)
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艦載主機(jī):
4×分布式IBM刀片服務(wù)器主機(jī)(EME電子封裝箱存儲(chǔ))
自由貿(mào)易聯(lián)盟太空軍標(biāo)準(zhǔn)共同戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)(主力艦級(jí)服務(wù)器機(jī)組)
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船電系統(tǒng):
1×柏林巡天-雷神UN/SPY-25多波段超寬帶整合相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)(4×固定式天線陣面)
7×德州儀器UN/SPS-12廣域巡天望遠(yuǎn)鏡
艦載多用途傳感器集群(包含三軸自穩(wěn)陀螺儀、磁強(qiáng)計(jì)、星敏感器、光學(xué)陀螺儀、太陽(yáng)風(fēng)傳感器、一體化沖擊傳感器以及其他種類的電磁、光學(xué)、質(zhì)量、壓力、加速度、角速度等多種傳感器)
協(xié)同作戰(zhàn)能力(Cooperative Engagement Capability,CEC)系統(tǒng)(主力艦級(jí)服務(wù)器組)
集成艦橋系統(tǒng)(IBS)
整合式全頻段全向偵察/數(shù)據(jù)鏈綜合射頻陣列
GSNAS導(dǎo)航和通訊系統(tǒng)(備份)
各類備份天線(包括戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈天線、數(shù)據(jù)鏈天線、戰(zhàn)略GSNAS通訊天線、敵我識(shí)別天線等)
先進(jìn)資源分配系統(tǒng)(ARAS)
應(yīng)急生命維持系統(tǒng)(ELSS)
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艦載武裝:
8×萊茵金屬-通用動(dòng)力“先進(jìn)密集陣(Advanced Phalanx)”6管30mm近迫武器系統(tǒng)(近程防御)
2×泛美軍工RIL4500單裝203mm/L85液冷式電磁軌道炮
4×波音-德州儀器UN/SEQ-15單裝100mm/L45光纖脈沖激光炮
32×SMK-68通用垂直導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)(8單元標(biāo)準(zhǔn),電磁彈射,共256個(gè)單元)(載荷長(zhǎng)8m,發(fā)射箱直徑1m,豎向放置)

艦船防護(hù):
玄武巖-芳綸復(fù)合材料內(nèi)襯
增強(qiáng)碳碳基甲
鋁/鋁合金外掛惠普爾緩沖層
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其它:
2×異體同構(gòu)周邊式標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接機(jī)構(gòu)(兼氣閘艙)
2×機(jī)械動(dòng)力ESD-14通用機(jī)械臂(維修、物資艙外轉(zhuǎn)移、彈藥補(bǔ)充等)
1×外置補(bǔ)品儲(chǔ)存庫(kù)
4×甲烷燃料電池
多種適配標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接機(jī)構(gòu)的外掛資源儲(chǔ)罐
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【基本介紹】
“亞利桑那”號(hào)核動(dòng)力導(dǎo)彈太空巡洋艦(FTAS Arizona,SCGN-039)是由泛美軍工(P.A.M.E)和國(guó)家航天系統(tǒng)(N.S.S)研發(fā)的“賓夕法尼亞”級(jí)太空巡洋艦的二號(hào)艦,“亞利桑那”號(hào)于2147年1月25日開(kāi)始在位于地球同步軌道的新費(fèi)城太空軍軌道船塢(Neo Philadelphia Space Dock,NPSD)LC21A船塢建造,并于2149年4月8日正式加入自由貿(mào)易聯(lián)盟太空軍(Free Trade Association Space Force,F(xiàn)TASF)現(xiàn)役,并被分配至月球艦隊(duì)(Lunar Fleet)第一分艦隊(duì),以對(duì)抗人類命運(yùn)共同體在月球和周邊領(lǐng)天日益活躍的軍事活動(dòng)。作為當(dāng)時(shí)最新銳的軍用航天器,“亞利桑那”號(hào)配備了先進(jìn)的武器、動(dòng)力和傳感器系統(tǒng),能夠作為打擊群的一員指揮攔截/防御作戰(zhàn),使得主力艦可以專注于其職能;也可在沒(méi)有主力艦的分艦隊(duì)中充當(dāng)旗艦角色,指揮整支艦隊(duì)遂行既定任務(wù)。“亞利桑那”號(hào)作為月球艦隊(duì)第一分艦隊(duì)旗艦,與構(gòu)成第一分艦隊(duì)的其他8艘艦艇一起維持著自由貿(mào)易聯(lián)盟在冷戰(zhàn)月球前線的前沿部署、前沿偵察和前沿存在。
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艦船概況:
亞利桑納號(hào)整體長(zhǎng)123米,艦船整體呈圓柱形,其直徑達(dá)21.7米,然而亞利桑納號(hào)并非完美的圓柱體,其艦體表面設(shè)置有大量各類設(shè)備,因此其在位于艦船后部的主散熱板展開(kāi)前的全寬(24米)和全高(21米)有較為顯著的差異,主散熱板展開(kāi)后則能達(dá)到68.7米。亞利桑那號(hào)的艦體內(nèi)部構(gòu)成較為純粹,艦體中段靠后部分配置有集成足以容納20人的居住艙,該居住艙作為戰(zhàn)艦防護(hù)的最后一道防線,除在外部配備有標(biāo)準(zhǔn)的惠普爾盾防護(hù)和船殼防護(hù)外,還額外增設(shè)了爆炸螺栓和用于快速飛離艦體的固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī),一旦戰(zhàn)艦受到不可挽回的損失,這套彈射措施就能將整個(gè)居住艙彈射到宇宙空間中,進(jìn)而最大限度地確保艦上人員的安全,居住艙還配置有應(yīng)急生命維持系統(tǒng),足以維持14天的艙內(nèi)宜居環(huán)境,即便在氧氣耗盡后,艦上人員依然能倚靠艙外活動(dòng)服中貯存的氧氣維持5天的生存。除居住艙外,亞利桑那號(hào)艦內(nèi)的絕大多數(shù)空間被用于裝載燃料,居住艙的前后部均為工質(zhì)儲(chǔ)存罐,采用六聯(lián)裝布置以提高抗打擊能力和生存性的,裝填著甲烷的巨大燃料罐組從艦艏一直延伸至艦艉,兩段儲(chǔ)存罐之間由居住艙分隔,這些寶貴的燃料配合艦艉的裂變推進(jìn)器組將會(huì)保證亞利桑那號(hào)的基礎(chǔ)航行和戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)能力得以正常施展。工質(zhì)儲(chǔ)存罐同時(shí)也是全艦大多數(shù)質(zhì)量的來(lái)源,在不加注燃料的情況下(即艦船干質(zhì)量),亞利桑納號(hào)全艦僅重約5000噸,相當(dāng)于一艘噸位較小的海軍驅(qū)逐艦,而在滿載燃料的情況下(即艦船濕質(zhì)量)全艦重達(dá)12085噸。除去氧氣、武器彈藥等少量其他資源外,全船約有一多半的質(zhì)量全是甲烷燃料,這也是所有亞光速時(shí)代航天器的通常特征。
得益于大口徑對(duì)接口帶來(lái)的高度模塊化能力,亞利桑納號(hào)在其艦艏最前端設(shè)置有一個(gè)大型異體同構(gòu)周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu),并長(zhǎng)期對(duì)接有本艦的主要光學(xué)觀測(cè)艙段。這一艙段也可以在需要進(jìn)行某些特殊作戰(zhàn)任務(wù)的時(shí)候更換為相應(yīng)的艙段模塊。從而使亞利桑納號(hào)具備了優(yōu)秀的多用途能力。艦體中部,居住艙兩側(cè)設(shè)置的兩座熱輻射板和艦體后部設(shè)置的四面大型熱輻射板用于向宇宙空間釋出來(lái)自全艦各子系統(tǒng)的多余廢熱,在太空環(huán)境下僅有熱輻射一種熱傳導(dǎo)方式得以生效的背景下,巨大的散熱板就成了同期所有航天器的標(biāo)準(zhǔn)配置。這些散發(fā)著紅光的散熱板雖然能保障全艦溫度的穩(wěn)定,但同時(shí)也成了敵方的最優(yōu)先打擊目標(biāo),為此,亞利桑那號(hào)所屬的賓夕法尼亞級(jí)是自由貿(mào)易聯(lián)盟太空軍首個(gè)配置有艦內(nèi)熱容的戰(zhàn)艦型號(hào),這一內(nèi)置的熱容能夠讓亞利桑納號(hào)在敵我雙方軌道交匯,雙方戰(zhàn)艦短暫擦身而過(guò)的交戰(zhàn)期間收起主散熱板5分鐘。在這5分鐘內(nèi),艦體廢熱會(huì)被導(dǎo)向船殼和艦內(nèi)熱容,從而使得巨大的散熱板可以短暫關(guān)閉進(jìn)而增大敵方動(dòng)能和定向能武器的打擊難度。迫使對(duì)手的打擊不得不直面更加厚重的船殼裝甲。不過(guò),考慮到艦上設(shè)備的發(fā)熱率,這一措施能夠吸收的熱量依然是十分有限的,一段時(shí)間后戰(zhàn)艦必須重新展開(kāi)主散熱板以提高散熱效率,否則多余的廢熱會(huì)導(dǎo)致全艦的溫度穩(wěn)態(tài)被迅速打破,進(jìn)而危及戰(zhàn)艦的生存。不過(guò)好在這個(gè)艦內(nèi)熱容也配置了彈射措施,使得戰(zhàn)時(shí)吸收了大量廢熱溫度急劇升高的熱容也可被迅速地拋出船外,進(jìn)而達(dá)到快速卸載廢熱的目的。
作為一艘戰(zhàn)艦,亞利桑那號(hào)在其艦體表面設(shè)置有多種武器系統(tǒng)以同時(shí)保證太空生存、防御和進(jìn)攻作戰(zhàn)的需求。亞利桑那號(hào)配置有8座萊茵金屬-通用動(dòng)力“先進(jìn)密集陣(Advanced Phalanx)”6管30mm近迫武器系統(tǒng)作為近程點(diǎn)防御。并部署在飛船的質(zhì)心近端以減小反作用力控制系統(tǒng)(Reaction Control System,RCS)在其開(kāi)火時(shí)用于抵消后坐力所使用的燃料消耗。除近防外,亞利桑那號(hào)的主要武器包括兩門(mén)RIL4500單裝203mm/L85液冷式電磁軌道炮和4座UN/SEQ-15單裝100mm/L45光纖脈沖激光炮,以及位于艦體前部分為兩部分的32個(gè)SMK-68垂直導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)(每個(gè)部分16個(gè)模塊)。通過(guò)同時(shí)配備導(dǎo)彈、電磁動(dòng)能武器和激光定向能武器,使得亞利桑那號(hào)得以獲得橫跨遠(yuǎn)、中、近程;質(zhì)量、速度、機(jī)動(dòng)等多個(gè)指標(biāo)的多層次、多維度、多特征的全面打擊體系。
位于艦體最后端的則是全艦賴以生存的動(dòng)力和能源系統(tǒng):為全艦提供動(dòng)力的,由先驅(qū)核子制造的NP35核熱火箭推進(jìn)系統(tǒng);和為全艦提供穩(wěn)定電源供應(yīng)的R3B核裂變反應(yīng)堆。其中,R3B屬快中子鈾液核液金冷增殖反應(yīng)堆,用于向全艦設(shè)備提供所需的電力。而NP35則屬離心式液體堆芯核熱火箭推進(jìn)系統(tǒng),專注于加熱工質(zhì)(甲烷)并從后方噴管噴射做功,進(jìn)而達(dá)到推動(dòng)飛船的目的。
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艦船防護(hù):
在履行其專業(yè)化職能之前,任何航天器都必須先遂行其基礎(chǔ)航行能力,否則任何專業(yè)化任務(wù)都是空談。在太空環(huán)境下,亞利桑那號(hào)乃至其他軍用航天器在考慮對(duì)敵方打擊的防護(hù)之前都必須先考慮對(duì)太空環(huán)境的防護(hù)。廣闊的宇宙空間中,空間碎片、塵埃、微隕石、宇宙射線、太陽(yáng)風(fēng)暴等惡劣環(huán)境下的產(chǎn)物是每一個(gè)進(jìn)入太空的人類航天器都必須要妥善應(yīng)對(duì)的問(wèn)題。星際物質(zhì)對(duì)航天器運(yùn)行的可靠性和安全性均構(gòu)成嚴(yán)重的威脅,以至于在很多時(shí)候,殺死全艦人員的往往不是一枚虎視眈眈的動(dòng)能攔截器(Kinetics Kill Vehicle,KKV),而是一顆高速微隕石在不經(jīng)意間的一次碰撞。據(jù)此,現(xiàn)今在軌道上運(yùn)行的任何人類航天器,無(wú)論其隸屬于東方的人類命運(yùn)共同體還是西方的自由貿(mào)易聯(lián)盟,其外殼均不約而同地采用多層抗沖擊材料疊加的復(fù)合結(jié)構(gòu)以抵擋小型碎片的高速撞擊,同時(shí)配有防輻射內(nèi)襯以隔絕宇宙輻射對(duì)人員和儀器設(shè)備的損害。精確到亞利桑納號(hào),其船殼由三層相互之間分別間距110.5mm,77.5mm,121.5mm的碳-碳復(fù)合纖維裝甲層組成,且在間隙內(nèi)插入厚度為1mm的3層玄武巖+3層芳綸構(gòu)成的復(fù)合材料,并和抗輻射內(nèi)襯、冷卻水毛細(xì)管道等內(nèi)容物一起互為內(nèi)襯,以進(jìn)一步減緩沖擊。這足以對(duì)任何直徑小于1cm的高速物體構(gòu)成有效防護(hù)。而對(duì)于大于1cm的高速物體,則自然有先進(jìn)密集陣和脈沖激光構(gòu)成的主動(dòng)防護(hù)體系料理。
除去標(biāo)準(zhǔn)船殼裝甲外,還需考慮防御敵方打擊的亞利桑那號(hào)還配備有被通稱為“惠普爾盾”的外掛式間隙裝甲。這種由1.5mm鋁合金(或鈦合金)薄板彼此間隔5厘米構(gòu)成的薄裝甲,覆蓋在整體裝甲板至上,并且在護(hù)盾和主裝甲板之間有顯著的間隙。惠普爾盾往往一受到?jīng)_擊便會(huì)被摧毀,但是它的毀壞會(huì)將來(lái)襲的超高速發(fā)射物蒸發(fā)成等離子體?;萜諣柖芘c主裝甲板之間的間隙給予等離子體擴(kuò)散的時(shí)間,增大了其表面積,也就降低了等離子體撞擊時(shí)的壓強(qiáng),極大地降低了發(fā)射物的沖擊。然而,惠普爾盾只能用于小面積的一次性防御。向同一位置再次射擊就不會(huì)遭到削弱。另外,惠普爾盾很容易會(huì)被較弱的近距離核爆炸蒸發(fā)。因此,在每次交戰(zhàn)過(guò)后,亞利桑那號(hào)配置的兩臺(tái)通用機(jī)械臂就會(huì)迅速?gòu)膫}(cāng)庫(kù)中取出備用的惠普爾盾模塊,并對(duì)損壞模塊進(jìn)行快速更換以恢復(fù)這一區(qū)域的防護(hù)能力,力求在敵方下一次打擊時(shí)能夠繼續(xù)保護(hù)艦船。
除去被動(dòng)防護(hù)外,亞利桑那還依據(jù)其武器系統(tǒng)配備有完善的主動(dòng)防護(hù)手段。其重要性要更甚于被動(dòng)的裝甲和護(hù)盾防護(hù)。亞利桑那號(hào)搭載的各類動(dòng)能打擊彈藥無(wú)論是在種類還是數(shù)量上均經(jīng)過(guò)了權(quán)衡和計(jì)算,足以同時(shí)滿足艦船自保和打擊敵人的雙重需求。這體現(xiàn)在通過(guò)艦炮、導(dǎo)彈、激光和傳感器體系的配合下多層次和全方位的主動(dòng)防御體系。亞利桑那搭載的KKV可以在幾十乃至數(shù)百公里外攔截?cái)撤絼?dòng)能目標(biāo);而電磁炮和激光炮則能夠在中近距離(數(shù)公里乃至數(shù)十公里)上用精確的重質(zhì)量彈點(diǎn)射或高能光束摧毀目標(biāo);而到了近距離范圍內(nèi)(0距離-數(shù)公里),先進(jìn)密集陣則能制造密集的金屬風(fēng)暴強(qiáng)行以數(shù)量搏概率,且導(dǎo)彈、電磁炮和激光炮也能在這一距離上和先進(jìn)密集陣一起構(gòu)成主動(dòng)防御的最后一道防線。在這套完備的高效率的遠(yuǎn)-中-近程綜合主動(dòng)防御體系的加持下,敵方即便發(fā)起針對(duì)亞利桑那號(hào)的多層次飽和打擊,在層層攔截后能夠造成的毀傷效果依舊堪憂,這能夠有效地消耗敵方的火力投射能力,讓友軍艦艇能夠以相對(duì)較小的代價(jià)完成作戰(zhàn)任務(wù),無(wú)論是對(duì)于戰(zhàn)局還是本艦都是極為有利的。
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損害管制:
即便在人類還未大規(guī)模邁向太空的時(shí)代,一架大氣層內(nèi)戰(zhàn)斗機(jī)的價(jià)格就已經(jīng)達(dá)到了數(shù)億美元一架。更不用提在自由貿(mào)易聯(lián)盟太空軍和人類命運(yùn)共同體太空艦隊(duì)中服役的軌道巨無(wú)霸們了。然而諷刺的是,大氣層內(nèi)戰(zhàn)爭(zhēng)的某些規(guī)律到了太空中也依然行之有效。即便諸如亞利桑納號(hào)這樣體積相當(dāng)于舊時(shí)代水面萬(wàn)噸大驅(qū)的軍用航天器造價(jià)堪比一艘水面超級(jí)航母,然而在真正的戰(zhàn)爭(zhēng)中,這些簡(jiǎn)直是由黃金打造而成的作戰(zhàn)構(gòu)造在前線的存活時(shí)間恐怕也只能以分鐘計(jì),這還是在考慮了現(xiàn)階段人類航天器進(jìn)行變軌交會(huì)所需的漫長(zhǎng)時(shí)間以后得出的結(jié)論。因此,不論是出于經(jīng)濟(jì)角度還是戰(zhàn)爭(zhēng)的可持續(xù)性角度,為這些由黃金和綠鈔構(gòu)成的航天器安排一定的損害管制能力絕對(duì)是敵我雙方不約而同就能達(dá)成的共識(shí)。
在現(xiàn)有體系上繼續(xù)壓榨其潛力一向是資本家們的拿手好戲,亞利桑納號(hào)配備的兩個(gè)異體同構(gòu)周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)除了能用于與空間站、軌道加油站乃至另一艘友艦等配備了同規(guī)格對(duì)接口的在軌人造物體對(duì)接,以完成人員、物資、液體、電力等資源的傳輸外,還能作為艦內(nèi)人員進(jìn)行出艙行走的氣閘艙來(lái)使用。其直徑足以讓一個(gè)穿戴標(biāo)準(zhǔn)艙外活動(dòng)服(附帶軌道機(jī)動(dòng)裝置)的航天員通過(guò)。在戰(zhàn)時(shí),當(dāng)敵我雙方完成一輪打擊并迅速脫離戰(zhàn)場(chǎng)準(zhǔn)備下一次交會(huì)后,訓(xùn)練有素的航天員們往往就會(huì)出艙,配合設(shè)置在艙外的通用機(jī)械臂和開(kāi)口外置的補(bǔ)品/耗材儲(chǔ)存庫(kù)迅速對(duì)飛船進(jìn)行損害管制:替換受損的惠普爾盾模塊、為射空的導(dǎo)彈發(fā)射裝置補(bǔ)充彈藥,檢查主裝甲層的結(jié)構(gòu)完整性,用快干補(bǔ)品填充被動(dòng)能彈丸打出來(lái)的大坑,維修/替換受熱失效或完全損壞的各類管線、傳感器、儀器設(shè)備等,盡可能地讓艦船在變軌飛行的途中迅速恢復(fù)戰(zhàn)斗力,以求在下一次交會(huì)后能夠單方面毀滅對(duì)手。而即便遭遇了毀滅性的KKV打擊,艦船斷裂成兩半。只要做好破損處的氣密性封閉以防艦內(nèi)資源進(jìn)一步泄露,加上分布式布置在艦船各處以增大冗余的艦載主機(jī)系統(tǒng)。艦上人員依舊能夠通過(guò)前端與亞利桑那號(hào)對(duì)接的光學(xué)觀測(cè)艙段(設(shè)有一個(gè)備用駕駛艙)恢復(fù)斷裂船體的部分功能,進(jìn)而像蚯蚓一分為二一樣依然保持生存能力,甚至于繼續(xù)戰(zhàn)斗的能力。
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干擾和欺騙措施:
在數(shù)千年的時(shí)間里,人類的各種航天器受限于并不充裕的速度增量(Δv)而必須遵循軌道力學(xué)的嚴(yán)酷規(guī)律。不同于大氣環(huán)境內(nèi)需要進(jìn)行的復(fù)雜受力分析,在太空微重力環(huán)境中,任何物體位置和速度的變化都回歸了動(dòng)量守恒的本質(zhì)---作用力與反作用力的相互作用。而這也是所有火箭式推進(jìn)系統(tǒng)能夠推動(dòng)物體前進(jìn)的根本原因---依托向后高速噴射的工質(zhì)來(lái)獲得持續(xù)的反作用力(也即推力),推動(dòng)飛船向前飛行。因此,在太空環(huán)境中,通常決定了飛船續(xù)航能力的是主引擎的噴氣速度。在亞光速時(shí)代,擁有較高的噴氣速度不僅意味著飛船可以攜帶少得多的工質(zhì)以達(dá)到和攜帶更多工質(zhì)但發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)落后的飛船一樣乃至更高的速度增量,還意味著更低的總質(zhì)量(這意味著更高的推進(jìn)效率,以及在間接意義上更節(jié)省了燃料)、更高的續(xù)航能力以及最重要的---戰(zhàn)術(shù)乃至戰(zhàn)略上的優(yōu)勢(shì)。
因此對(duì)于這一時(shí)期的軍用星艦而言,即便采用了核熱火箭(Nuclear Thermal Rocket,NTR)推進(jìn)技術(shù)使其速度增量相較于使用純化學(xué)推進(jìn)的更早期航空器而言更有優(yōu)勢(shì)。但這一時(shí)期的軍用飛船依舊需要將寶貴的Δv用在刀刃上。這促使人類在初入太空后的數(shù)百年乃至上千年內(nèi)均采取“觀測(cè)并獲取目標(biāo)實(shí)時(shí)位置-變軌并與目標(biāo)交會(huì)-在交會(huì)點(diǎn)及周邊數(shù)百公里的天域內(nèi)展開(kāi)戰(zhàn)斗-抬升/降低軌道高度以脫離戰(zhàn)斗-重新變軌以再一次接近目標(biāo)”這套小孩子都能看明白的簡(jiǎn)單但又無(wú)聊至極的戰(zhàn)斗過(guò)程,這一方式雖然耗時(shí)極長(zhǎng),但最能節(jié)省寶貴的Δv以用于戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)或?qū)氋F的戰(zhàn)艦和人員送回基地。因此,正如當(dāng)時(shí)船員們調(diào)侃的那樣:“變軌兩小時(shí),交戰(zhàn)30秒”。在漫長(zhǎng)的變軌燃燒和等待過(guò)程中,敵我雙方必然無(wú)所不用其極地試圖最大化己方的戰(zhàn)術(shù)/戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì),這就必然包括在飛行期間持續(xù)使用各類光學(xué)、電磁傳感器用于觀測(cè)對(duì)方活動(dòng)。加之各類傳感器在感知范圍和掃描精度上占據(jù)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì),以至于在這一時(shí)期的太空作戰(zhàn)中,地月系范圍內(nèi)的任何一艘飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)一經(jīng)啟動(dòng),其熱信號(hào)就會(huì)立馬被布置在各個(gè)位置的多重傳感器整合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn);即便飛船位于地月系外,通過(guò)通訊傳播和誤差修正等過(guò)程爭(zhēng)取到的少許先手優(yōu)勢(shì)在同樣受行星際轉(zhuǎn)移而大大延長(zhǎng)的飛行時(shí)間面前同樣不值得一提。而這就代表在交戰(zhàn)期間,太陽(yáng)系范圍內(nèi)敵我雙方的所有軍事調(diào)動(dòng)、所有參戰(zhàn)艦船的熱能信號(hào)特征都將在各類傳感器的不間斷搜索和掃描中無(wú)所遁形。
這一現(xiàn)象宣告了以往人類在地球大氣層環(huán)境內(nèi)在主/被動(dòng)誘餌、電子對(duì)抗、電子戰(zhàn)和反電子戰(zhàn)等方面所做的一切努力在太空環(huán)境中宣告徹底失效。因?yàn)闊o(wú)論怎么使出渾身解數(shù),所做的一切干擾和欺騙在對(duì)手長(zhǎng)達(dá)數(shù)天乃至數(shù)月的持續(xù)觀測(cè)面前都將是無(wú)用功。也正是因?yàn)檫@樣的原因,在人類開(kāi)始探索太空起的數(shù)百乃至上千年時(shí)間內(nèi),包括各類主/被動(dòng)誘餌、電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)、認(rèn)知戰(zhàn)在內(nèi)的一系列干擾和欺騙措施均被認(rèn)為是完全無(wú)效或作用較為有限的。也正是因此,亞利桑那號(hào)并未配備有在地球大氣環(huán)境內(nèi)屢試不爽的各類干擾和欺騙措施,而是完全著眼于和敵方艦隊(duì)“硬碰硬”的對(duì)抗。
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能源和動(dòng)力:
考慮到實(shí)用托卡馬克構(gòu)型核聚變反應(yīng)堆的龐大體積和沉重質(zhì)量,讓每一條船都帶著這么個(gè)大家伙在太空中跑來(lái)跑去顯然是不切實(shí)際的。因此在托卡馬克聚變堆開(kāi)始應(yīng)用于各類空間站和太空電梯等大型乃至巨型太空設(shè)施的時(shí)候,軌道上迅疾而猙獰的殺手們配備的依然是“落后”的核裂變反應(yīng)堆。然而核技術(shù)作為一個(gè)外行看熱鬧內(nèi)行看門(mén)道的領(lǐng)域,所謂的“先進(jìn)”往往并不一定比所謂的“落后”先進(jìn)多少。在亞利桑那號(hào)服役期間,第四代乃至第五代核電技術(shù)的突破與發(fā)展帶來(lái)了新一代的核反應(yīng)堆。而由于航天器搭載的核熱火箭推進(jìn)器(其主體同樣也是一座核反應(yīng)堆)需要將其絕大部分輸出功率都用于加熱工質(zhì),因此一般都設(shè)置有專門(mén)用于發(fā)電的核反應(yīng)堆用以保障全艦電力。太空航行龐大的需求同時(shí)也促使了核熱火箭推進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與成熟,現(xiàn)如今的核熱推進(jìn)器可不再是NERVA時(shí)期那些體積龐大而簡(jiǎn)陋的前輩們可以比較的。先進(jìn)的離心時(shí)液態(tài)堆芯核熱火箭推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)裝備了絕大多數(shù)航天器。他們提供給航天器遠(yuǎn)比過(guò)去澎湃的推力,并一舉將人類的疆界拓展到太陽(yáng)系的邊緣。
亞利桑那號(hào)配備了六臺(tái)由先驅(qū)核子設(shè)計(jì)制造的R3B快中子鈾-钚氧化物固核液金冷增殖反應(yīng)堆。這種反應(yīng)堆為適應(yīng)太空環(huán)境使用了可實(shí)現(xiàn)可轉(zhuǎn)換鈾的有效轉(zhuǎn)化并控制錒系元素的閉式燃料循環(huán),燃料則是鈾238-钚239氧化物。钚-239產(chǎn)生裂變反應(yīng)時(shí)放出來(lái)的快中子,被裝在外圍再生區(qū)的鈾-238吸收,鈾-238就會(huì)很快變成钚-239。這樣,钚-239裂變,在產(chǎn)生能量的同時(shí),又不斷地將鈾-238變成可用燃料钚-239,而且再生速度高于消耗速度,核燃料越燒越多,快速增殖,所以這種反應(yīng)堆又稱"快速增殖堆"。為了在小體積內(nèi)盡可能地實(shí)現(xiàn)高功率密度,使用液態(tài)鈉鉀合金(熔點(diǎn)為-12.65 ± 0.01℃)作為冷卻劑,極高的導(dǎo)熱率使其擁有相當(dāng)高的換熱效率,且不容易減慢中子速度,不會(huì)妨礙鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行,配合延伸至居住艙的鎢合金熱管可以實(shí)現(xiàn)居住艙的熱電聯(lián)供。加之吸收大量熱量的液態(tài)金屬冷卻液隨即被用于加熱三回路直流式蒸汽發(fā)生器,并推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電,為全艦電網(wǎng)帶來(lái)源源不斷的穩(wěn)定電力。
除利用核能發(fā)電外,亞利桑那也利用核能進(jìn)行推進(jìn),同樣由先驅(qū)核子開(kāi)發(fā)的NP35離心式液體堆芯核熱火箭推進(jìn)系統(tǒng)使用,這套核熱火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用上千度高溫的熔化液體鈾燃料,并采用甲烷作為推進(jìn)工質(zhì),反應(yīng)堆內(nèi)壁整體呈長(zhǎng)管狀,并持續(xù)高速旋轉(zhuǎn)以保證液體狀的熔融鈾燃料能夠時(shí)刻緊貼內(nèi)壁,不會(huì)因?yàn)榇┻^(guò)液體堆芯的甲烷燃料而被帶離反應(yīng)堆。通過(guò)直接將加壓的液態(tài)甲烷通入液態(tài)鈾燃料,甲烷被迅速加熱至4000K(開(kāi)爾文)。從而在反應(yīng)堆中發(fā)生如下反應(yīng):CH4→C+2H2。甲烷的迅速熱解產(chǎn)生大量高溫氫氣,這些高溫氫氣隨后以16000—20000米每秒左右的高速?gòu)牧硪欢说膰娍趪姵鋈ァEc此同時(shí),高速旋轉(zhuǎn)的堆芯起了離心機(jī)的作用,分離了氫氣和其中夾帶的鈾滴和鈾蒸汽,并讓液體鈾緊貼容器壁。在長(zhǎng)管狀堆芯的最末端,需要加一個(gè)錐形“收口”來(lái)攔截鈾滴,同時(shí)這個(gè)收口要比堆芯的其他部分冷一些,這樣鈾蒸汽就會(huì)在上面冷凝,然后冷凝的鈾滴和攔截的鈾滴會(huì)沿著收口被離心力甩回液體鈾里面。通過(guò)離心式液態(tài)堆芯加熱甲烷工質(zhì),并使其釋放出兩倍于其體積的氫氣。NP35得以實(shí)現(xiàn)165KM/S的噴氣速度,進(jìn)而大大提高了飛船的比沖。同時(shí),通過(guò)為NP35配備推力矢量噴管,使得亞利桑那得以獲得多余的控制力矩,實(shí)現(xiàn)艦體的姿態(tài)控制。其突出特點(diǎn)是控制力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)緊密相關(guān),而不受艦體本身姿態(tài)的影響,大大提高了艦體的控制效率。
除發(fā)電外,輸電、變電、配電同時(shí)也是艦船電網(wǎng)的工作。作為配備了艦船綜合電力系統(tǒng)(IPS)的艦船,亞利桑那號(hào)的綜合電力系統(tǒng)能夠集“發(fā)、輸、變、配”于一體,大大提高了艦船的系統(tǒng)整合能力與生存能力。綜合電力系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一的艦船電網(wǎng)為推進(jìn)系統(tǒng)、高能武器系統(tǒng)、通信、導(dǎo)航與探測(cè)系統(tǒng)等提供電能,實(shí)現(xiàn)全艦?zāi)茉吹慕y(tǒng)一供應(yīng)、分配、使用和管理。IPS還可統(tǒng)籌管理推進(jìn)系統(tǒng)和其他艦上設(shè)備所需的電力,它可實(shí)時(shí)掌握全艦電子設(shè)備的詳細(xì)信息,從而靈活調(diào)整電力流向,在總發(fā)電量不變的情況下靈活調(diào)配各系統(tǒng)用電,確保整體效率最優(yōu)。
亞利桑那號(hào)作為搭載大功率用電器的軍用航天器,電磁炮、激光炮等武器系統(tǒng)在開(kāi)火時(shí)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成電力的大量消耗,進(jìn)而容易導(dǎo)致艦船電網(wǎng)失穩(wěn),電力系統(tǒng)局部電壓和電流劇烈波動(dòng),甚至有可能引起電網(wǎng)瓦解。因此,必須為艦上的瞬時(shí)大功率設(shè)備提供與其能源消耗周期匹配的瞬時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)保證電網(wǎng)的有序穩(wěn)定運(yùn)行。而艦船儲(chǔ)能系統(tǒng)不止包括用于應(yīng)對(duì)短時(shí)間激增用電量的瞬時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng),還需要有應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期情況的長(zhǎng)效儲(chǔ)能系統(tǒng),這一類儲(chǔ)能系統(tǒng)除了也可以用于維持電網(wǎng)穩(wěn)定外,最重要的職責(zé)是用于保障艦船各子系統(tǒng)能夠在發(fā)電量不足或主電網(wǎng)離線的情況下能夠繼續(xù)履行職責(zé)。為應(yīng)對(duì)不同的用電狀況,亞利桑那號(hào)配備有兩種儲(chǔ)能系統(tǒng),一種是用于長(zhǎng)效電力存儲(chǔ)的鋰離子電池組;一種是LL-1000“萊頓閃電”瞬時(shí)儲(chǔ)能放電裝置。
亞利桑納號(hào)配備的凝聚態(tài)鋰離子電池組是用于電能長(zhǎng)效存儲(chǔ)的高能量密度電源。同傳統(tǒng)的鋰離子電池組不同,新型的凝聚態(tài)鋰離子電池內(nèi)部充斥著凝膠狀的電解質(zhì),這種由網(wǎng)狀高分子構(gòu)成的膠質(zhì)能夠兼具高比能、高快充和高安全性,傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池之所以容易出現(xiàn)熱失控,主要是因?yàn)殡姵氐臏囟瘸^(guò)了電解液的沸點(diǎn),會(huì)導(dǎo)致電解液沸騰從而產(chǎn)生氣體,增加內(nèi)部壓力,最終導(dǎo)致電池爆炸、起火。而凝聚態(tài)電池的電解液是果凍樣的膠質(zhì),且連接內(nèi)部高分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠自適應(yīng)調(diào)整,既能保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,熱穩(wěn)定性更好,自燃的概率就更低。
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熱量管理:
如果說(shuō),在太空中有什么跟速度增量(Δv)一樣重要甚至更加重要的,那一定是航天器的熱量管理和控制。任意一個(gè)文明的航天飛行器,不論其結(jié)構(gòu)有多么簡(jiǎn)陋,技術(shù)多么初始,甚至可以不需要發(fā)動(dòng)機(jī),但一定不能不需要散熱。航天器的熱量管理與控制一定是任何一個(gè)哪怕是剛上太空的文明都需要掌握的幾大最重要課題之一;航天器熱管理技術(shù)自然也是任何航天器必不可少的技術(shù)保障系統(tǒng)之一。
航天器熱控制(Spacecraft Thermal Control)作為一門(mén)高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程,它涉及材料學(xué)、熱學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、流體力學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)等諸多學(xué)科。它的任務(wù)可被簡(jiǎn)述為:通過(guò)合理組織航天器內(nèi)部和外部的熱交換過(guò)程,使航天器各部位的溫度處于任務(wù)所要求的范圍內(nèi),為航天器的儀器設(shè)備正常工作,提供良好的溫度環(huán)境。
惡劣的太空環(huán)境給航天器散熱帶來(lái)了極大的困難,在大氣環(huán)境下,熱的傳遞可分為熱輻射、熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)三類。其中熱對(duì)流通過(guò)流體中質(zhì)點(diǎn)發(fā)生的相對(duì)位移引起熱量傳遞;而熱傳導(dǎo)則通過(guò)粒子碰撞使能量從物體溫度較高部分傳至溫度較低部分,是最普遍的適用于所有介質(zhì)的導(dǎo)熱方式,這兩種傳導(dǎo)方式都需要介質(zhì)才能進(jìn)行。
然而在太空中的絕大部分位置,星際物質(zhì)的分布往往極其稀疏,早有研究指出,銀河系內(nèi)星際物質(zhì)的平均數(shù)密度為每立方厘米1個(gè)氫原子。如此稀疏的物質(zhì)讓熱量也難以找到介質(zhì)進(jìn)行傳導(dǎo),因此在太空近乎絕對(duì)真空的環(huán)境下,只有依靠電磁波傳導(dǎo)熱量,不需要介質(zhì)的熱輻射方式才能在太空中實(shí)現(xiàn)有效的熱量傳遞。
而太空環(huán)境的復(fù)雜性還遠(yuǎn)不止于此。當(dāng)在星系內(nèi)飛行的航天器被恒星乃至某些巨行星照射時(shí),其面向星體的那一面會(huì)積聚大量的熱量,導(dǎo)致航天器陽(yáng)面溫度升高,而熱傳導(dǎo)較為低下效率又使得短時(shí)間內(nèi)很難讓航天器的陰陽(yáng)兩面溫度均衡,因此航天器設(shè)計(jì)除了要考慮散熱,保溫問(wèn)題也同樣不容忽視。
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被動(dòng)熱控制:
所謂的“航天器空間被動(dòng)熱控制”可被簡(jiǎn)述為:依靠選取不同的熱控材料和合理的總裝布局來(lái)處理航天器內(nèi)外的熱交換過(guò)程,使航天器的各部分溫度在各種工作狀態(tài)下都不超出允許的范圍。亞利桑那號(hào)采用的被動(dòng)式熱控制設(shè)計(jì)本身沒(méi)有自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的能力,但它簡(jiǎn)單可靠,是人類航天器進(jìn)行熱控制的主要手段。
被動(dòng)熱控制設(shè)計(jì)最常見(jiàn)、應(yīng)用最廣泛、也是最家喻戶曉的做法是在航天器外殼表面覆蓋一層溫控涂層,以降低表面的太陽(yáng)吸收率與熱輻射率比值。對(duì)于熱輻射來(lái)說(shuō),幾乎所有的非透明物體都是在緊靠表面之下很薄的一層之內(nèi)就把全部透過(guò)表面的入射輻射能吸收掉。因此在物體表面上覆蓋一薄層涂層,就能決定物體表面的熱輻射性質(zhì)。亞利桑納號(hào)船體表層噴涂的白色防護(hù)漆面能夠發(fā)射紅外光并反射可見(jiàn)光,幫助抵抗外部熱量的同時(shí)消除內(nèi)部熱量。
另一種被動(dòng)熱控制常用的技術(shù)是熱管,這是一種靠工質(zhì)的相變和循環(huán)流動(dòng)而傳遞熱量的器械。由管殼、多孔毛細(xì)管芯和工作介質(zhì)組成。通過(guò)在外殼不同位置或儀器之間布置熱管,將熱端的熱量導(dǎo)向冷端,減少部件、儀器之間的溫度差。這也是亞利桑那號(hào)采用的主要熱量發(fā)散系統(tǒng)。
復(fù)雜的溫度梯度配置使得亞利桑納號(hào)不得不配備同樣復(fù)雜甚至更加復(fù)雜的多層熱管系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)不同設(shè)備的散熱需求,同時(shí)也要盡量平衡全艦的熱量分布,做好不同溫度層級(jí)間的緩沖與平穩(wěn)過(guò)渡。
亞利桑那號(hào)采用了兩套應(yīng)用不同工作介質(zhì)的熱管系統(tǒng)進(jìn)行散熱/冷卻。應(yīng)對(duì)反應(yīng)堆、武器系統(tǒng)等高熱區(qū)熱管理的是液態(tài)金屬散熱網(wǎng)絡(luò),工作介質(zhì)是常溫下呈液態(tài)的鈉鉀合金。考慮到高熱區(qū)子系統(tǒng)分布在艦船的各個(gè)位置,因此這一套循環(huán)散熱網(wǎng)絡(luò)也按照子系統(tǒng)所屬而分為多個(gè)互不相連的部分。在磁泵和后方工質(zhì)的不斷擠壓下,液態(tài)蜂窩銦通過(guò)分布在武器系統(tǒng)、反應(yīng)堆等處的毛細(xì)管道,并經(jīng)由熱輻射和熱傳導(dǎo)上升至數(shù)百度,在離開(kāi)熱端流向冷端的過(guò)程中,高熱液態(tài)金屬流經(jīng)外接環(huán)狀熱電堆(用于進(jìn)行溫差發(fā)電)的管道進(jìn)行溫差發(fā)電以提高產(chǎn)能規(guī)模和效率。抵達(dá)冷端后再次通過(guò)毛細(xì)管換熱以降低溫度,然后再一次踏上前往熱端的路程。這一熱管系統(tǒng)還與船殼表面的熱輻射板相連接,以作為儀器設(shè)備的散熱熱沉,減少儀器設(shè)備的溫度波動(dòng)。
應(yīng)對(duì)居住區(qū)等低熱區(qū)熱管理的則是普通的水散熱網(wǎng)絡(luò),這種早在前星際時(shí)代就在使用的工作介質(zhì)如今在星際時(shí)代也照樣能發(fā)揮出不錯(cuò)的效果。通過(guò)對(duì)管道加壓,加之在熱端毛細(xì)管換熱升溫,相變吸熱的水足夠應(yīng)對(duì)低熱區(qū)的一切散熱需求。
在考慮到散熱的同時(shí),由于亞利桑那搭載的部分儀器設(shè)備對(duì)低溫乃至超低溫工作環(huán)境的需求,例如傳感器系統(tǒng)中的紅外傳感器,這一設(shè)備需在低于零下兩百度的超低溫環(huán)境下運(yùn)作。因此,如果沒(méi)有主動(dòng)冷卻系統(tǒng),是不可能實(shí)現(xiàn)整艘戰(zhàn)艦的有效運(yùn)作的。為此,亞利桑那采用了“兩手都要抓,兩手都要硬”的策略。一方面設(shè)置有流體循環(huán)熱量控制系統(tǒng),為這些設(shè)備提供穩(wěn)定的超低溫環(huán)境。另一方面則在這些儀器或部件表面包敷多層隔熱材料,例如雙面金屬鍍膜反射屏+真空間隔的配置,或噴涂石墨烯低輻射率涂層,多管齊下以阻隔其他熱源的傳導(dǎo)。
除進(jìn)行航天器內(nèi)部的熱交換外,被動(dòng)熱控制還用于進(jìn)行航天器-星際空間之間的散熱。由于在太空中,僅有熱輻射一種行之有效的散熱方法,因此基于這一前提的所有航天器外散熱解決方案不外乎兩條路線:增大散熱面積和提高溫度,或這兩者雙管齊下。
技多不壓身,亞利桑那設(shè)置有多種向星際空間交換熱量的方式,通過(guò)不同的散熱類型,可將它們分為:船殼隔熱控制/船殼散熱、封裝箱隔熱控制、熱輻射器散熱、熱管循環(huán)網(wǎng)絡(luò)熱管理、流體循環(huán)主動(dòng)熱控制、封裝箱輻射/傳導(dǎo)式主動(dòng)散熱。
船殼散熱是亞利桑那乃至任何哪怕是最為簡(jiǎn)陋的航天器最為基礎(chǔ)的散熱方式,這種方法直接將熱量傳導(dǎo)至船殼,并通過(guò)和宇宙空間接觸的船殼將熱量輻射出去。對(duì)于人類航天器而言,通常在船內(nèi)將大段且多次彎曲的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)貼近船殼以實(shí)現(xiàn)熱交換,不過(guò)也可以通過(guò)氣體,乃至固體傳導(dǎo)熱量。畢竟最基礎(chǔ)的散熱方式往往最具廣泛性。
亞利桑那號(hào)在其船殼表面配備有三組共8座熱輻射板。這些散熱板分為艦體前部、中部、后部三個(gè)部分,其中,除中部熱輻射板是固定式外,前后兩個(gè)部分的熱輻射板均為可收放式。前部?jī)勺鄬?duì)的小型熱輻射板主要用于獨(dú)立光電觀測(cè)艙段的散熱,而后部呈直角布置的4座大型熱輻射板則負(fù)責(zé)全艦的熱量散發(fā)。亞利桑納號(hào)的散熱板采用的是傳統(tǒng)配置:通過(guò)熱管進(jìn)入位于散熱板內(nèi)部的盤(pán)曲毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò),將熱量快速傳導(dǎo)給大面積且連續(xù)的散熱板。散熱板在不散熱的時(shí)候是純白色(當(dāng)然這種情況即便在戰(zhàn)艦入港的時(shí)候也不多見(jiàn)),在散熱時(shí)則散發(fā)暗紅色的光芒,此時(shí)散熱板本體的溫度大約在550K左右,這也是液態(tài)金屬熱管系統(tǒng)工作的正常溫度區(qū)間,當(dāng)武器、推進(jìn)系統(tǒng)等子系統(tǒng)全功率運(yùn)作的時(shí)候,短期暴增的熱量會(huì)讓散熱板發(fā)出橙紅色熾熱光芒,這代表此時(shí)其溫度在1100K-1200K之間,這是熱輻射板所能承受的極限了。
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主動(dòng)熱控制
被動(dòng)熱控制(又稱無(wú)源熱控制)雖然具有技術(shù)簡(jiǎn)單、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),但同樣也有“不能自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度”這一最大的缺點(diǎn)。而鑒于亞利桑那號(hào)搭載的很多儀器及設(shè)備都需要一個(gè)穩(wěn)定的工作環(huán)境,因此進(jìn)行較為精確的溫度調(diào)節(jié)顯然也是必要的。而這便是航天器主動(dòng)熱控制的內(nèi)容(也稱有源熱控制)。這是一種當(dāng)航天器內(nèi)、外熱流狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),通過(guò)某種自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)作使航天器內(nèi)的儀器設(shè)備的溫度保持在指定范圍內(nèi)的熱控技術(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)是具有可調(diào)節(jié)的熱交換特性,熱控制能力較強(qiáng)。而代價(jià)則是系統(tǒng)較為復(fù)雜、可靠性相對(duì)較差、重量相對(duì)較大。
主動(dòng)熱控制可根據(jù)不同的傳熱方式分為輻射式、對(duì)流式和傳導(dǎo)式三種。亞利桑那號(hào)針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景準(zhǔn)備了不同傳熱方式的主動(dòng)熱控制系統(tǒng)。
為維持穩(wěn)態(tài)工作環(huán)境,亞利桑那號(hào)通過(guò)調(diào)整全艦儀器設(shè)備的總裝布局,將部分所需一致的儀器設(shè)備集中布置,并進(jìn)行封裝處理。單元化、模塊化的集成式設(shè)備布置不僅提高了封裝箱內(nèi)各儀器的工作效率,同時(shí)也提高了系統(tǒng)整合能力,縮小了體積。對(duì)于需求特定范圍內(nèi)溫度的儀器設(shè)備而言得以享有同樣集成化的散熱手段。這類封裝箱(EME)可以自動(dòng)改變表面組合的熱輻射率,從而改變散熱能力以保持封裝箱的溫度范圍。如熱控百葉窗(利用低輻射率、可動(dòng)葉片不同程度地遮擋高輻射率的儀器散熱表面以進(jìn)行主動(dòng)熱控制)和熱控旋轉(zhuǎn)盤(pán)(通過(guò)改變物體表面當(dāng)量輻射系數(shù)進(jìn)行主動(dòng)熱控制)。
除使用輻射式熱控外,這些封裝箱也可通過(guò)傳導(dǎo)式熱控管理溫度。傳導(dǎo)式溫控將航天器內(nèi)部設(shè)備的熱量通過(guò)傳導(dǎo)的方式散至外殼表面以排向外部。在這一過(guò)程中,熱傳導(dǎo)系數(shù)可以隨設(shè)備的溫度升降而改變,從而對(duì)設(shè)備溫度起自動(dòng)調(diào)節(jié)作用,如接觸導(dǎo)熱開(kāi)關(guān)(一種以切斷和導(dǎo)通排熱通路為基本控制動(dòng)作的熱控機(jī)構(gòu))和可變熱導(dǎo)熱管(通過(guò)在熱管上加裝控制裝置,使得它比起一般的熱管具有更好的調(diào)節(jié)能力和更強(qiáng)的適應(yīng)性,但結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜)。
亞利桑那號(hào)應(yīng)用的輻射和傳導(dǎo)式熱控制雖然也能有效控制封裝箱的溫度,維持穩(wěn)態(tài)工作環(huán)境,但這僅限于單個(gè)環(huán)境內(nèi)。如果不采取更高程度上的整體式主動(dòng)調(diào)控手段,而任由這些封裝箱將熱量散入艦內(nèi),不僅會(huì)破壞其他設(shè)備的工作環(huán)境,也會(huì)導(dǎo)致全艦逐漸升溫。在太空運(yùn)行的航天器作為一個(gè)最大的孤立熱力學(xué)系統(tǒng),從某種程度上也等于一個(gè)巨大的“封裝箱”,船體內(nèi)的封裝箱可以同時(shí)通過(guò)輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流的方式向飛船散熱,但飛船卻只能通過(guò)輻射向太空散熱,加之基于熱輻射的散熱方式效率之低下,因此全艦范圍內(nèi)的溫度上升對(duì)艦船安全運(yùn)行的基本需求而言無(wú)疑是不可被接受的。
為了在更高層面上主動(dòng)控制和傳導(dǎo)熱量,同時(shí)也可以照應(yīng)其他管路系統(tǒng),亞利桑那號(hào)將全艦除去居住艙的部分全部抽成真空。并在空隙安排熱管散熱,此舉不僅有利于設(shè)備間的相互隔熱,還有利于提高艦船的生存性(除非敵方動(dòng)能武器一連穿透了裝甲和各層艙室,打破了位于艦船中央的機(jī)庫(kù)的密封,否則不會(huì)發(fā)生燃燒、爆炸等只有在有氧環(huán)境中才會(huì)起效的反應(yīng))。
亞利桑那號(hào)在居住艙采用的流體循環(huán)熱控系統(tǒng)通過(guò)改變艦船內(nèi)部流體的對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)航天器整體或局部實(shí)施熱控制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。它可分為液體循環(huán)和氣體循環(huán)兩種,但原理基本相同,都是通過(guò)泵或風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)將航天器內(nèi)部的熱量引出,流經(jīng)外部的熱輻射器,進(jìn)而排向宇宙空間。
亞利桑那號(hào)居住艙的氣體循環(huán)系統(tǒng)基于雙向流新風(fēng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā),采用高氣壓、大流量的風(fēng)機(jī),依靠機(jī)械式排風(fēng)從居住艙一側(cè)向艙內(nèi)送風(fēng),并在另一側(cè)設(shè)置大容量吸氣機(jī),以此在居住空間內(nèi)形成持續(xù)的新風(fēng)流動(dòng)場(chǎng)。循環(huán)系統(tǒng)在送風(fēng)的同時(shí)也對(duì)進(jìn)入居住空間內(nèi)的空氣進(jìn)行過(guò)濾、消毒、殺菌、增氧乃至預(yù)熱。同時(shí),配合中央空調(diào)的制冷/制熱系統(tǒng),維持人類活動(dòng)空間內(nèi)的適宜氣溫。
相比于氣體循環(huán)系統(tǒng),亞利桑那號(hào)的液體循環(huán)系統(tǒng)則覆蓋全艦。為特意布局以集中布置的不同溫度層級(jí)儀器設(shè)備封裝箱(EME)提供統(tǒng)一的熱控制服務(wù)。亞利桑那號(hào)的液體循環(huán)系統(tǒng)采用毛細(xì)抽吸兩相流體環(huán)路熱控系統(tǒng),由毛細(xì)泵、密封的工質(zhì)液體管道、蒸發(fā)器管道、儲(chǔ)液器、蒸發(fā)器和冷凝器組成。利用毛細(xì)泵驅(qū)動(dòng),工質(zhì)在密封的管道中單向流動(dòng)循環(huán),以相變的方式傳遞熱量。在一個(gè)回路內(nèi)可有多個(gè)蒸發(fā)器和冷凝器。擁有良好的傳熱性能,無(wú)需消耗能源且運(yùn)行可靠。適用于傳熱較多和規(guī)模較大的航天器。
亞利桑那號(hào)的毛細(xì)抽吸兩相流體環(huán)路熱控系統(tǒng)采用低溫甲烷作為工作介質(zhì),這種低于零下162度的液體是直接從飛船的加壓工質(zhì)儲(chǔ)罐中提取出來(lái)的。這套系統(tǒng)在重復(fù)的“封裝箱產(chǎn)熱—蒸發(fā)器—管壁—毛細(xì)芯—低溫甲烷—(吸收汽化潛熱)高溫甲烷—冷凝器—(放出汽化潛熱)低溫甲烷—(毛細(xì)抽吸力)蒸發(fā)器”過(guò)程中不斷地環(huán)繞全船流動(dòng)。在這一過(guò)程中,它將通過(guò)多組毛細(xì)管為全艦所有的封裝箱降溫,然后再通過(guò)冷凝器返回主貯箱中。
此外,這套系統(tǒng)還可以通過(guò)控制儲(chǔ)液器溫度進(jìn)行溫度控制。當(dāng)系統(tǒng)溫度過(guò)低時(shí),通過(guò)加熱儲(chǔ)液器使其內(nèi)蒸汽壓力增加,將其內(nèi)液體推向系統(tǒng)的冷凝器,減小冷凝面積阻止系統(tǒng)溫度下降。反之,當(dāng)系統(tǒng)溫度升高時(shí),儲(chǔ)液器加熱器關(guān)閉,工質(zhì)向外散熱,溫度下降,蒸汽壓減小,系統(tǒng)內(nèi)液態(tài)工質(zhì)回流,增加散熱面積,使系統(tǒng)溫度降低。
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主系統(tǒng):
作為高度信息化、智能化的軍用航天器,亞利桑納號(hào)的所有機(jī)電設(shè)備均被納入整合式艦船域標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)(Integrated Ship Domain Control System,ISDCS)的管理中,而這一操作系統(tǒng)又運(yùn)行在全艦計(jì)算環(huán)境(Total Ship Computing Environment,TSCE)上。作為在理論上僅需1人便能駕駛的超信息化戰(zhàn)艦,亞利桑納號(hào)搭載有全艦計(jì)算環(huán)境(Total Ship Computing Environment,TSCE)技術(shù)。這一技術(shù)旨在構(gòu)建一個(gè)能夠供外部各種終端應(yīng)用軟件運(yùn)行、操控、顯示的開(kāi)放式虛擬計(jì)算環(huán)境,對(duì)所有計(jì)算資源進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度管理,為艦船其他子系統(tǒng)乃至編隊(duì)行動(dòng)提供計(jì)算資源和相關(guān)軟件。TSCE為戰(zhàn)艦平臺(tái)、作戰(zhàn)系統(tǒng)和支撐保障系統(tǒng)提供單個(gè)計(jì)算環(huán)境,為各類應(yīng)用提供中間件平臺(tái)。TSCE允許亞利桑納號(hào)以同一計(jì)算資源對(duì)通信、雷達(dá)、偵查、對(duì)抗、導(dǎo)航、武器等多個(gè)任務(wù)系統(tǒng)的終端應(yīng)用進(jìn)行橫向集成,以同一的管理和中間件縱向集成了從底層物理硬件及其各種操作系統(tǒng)、借口、協(xié)議等,徹底打破了以往的“煙囪”式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過(guò)TSCE,亞利桑納號(hào)得以減少集成工作并獲得跨越多個(gè)域的通用模式優(yōu)勢(shì)。
安裝在亞利桑納號(hào)上的TSCE基礎(chǔ)硬件設(shè)施包括電子模塊化封裝箱(EME)、分布式適配處理器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等幾個(gè)部分。其中,EME通過(guò)體積巨大、堅(jiān)固的封裝箱將由來(lái)自民間廠商的準(zhǔn)軍標(biāo)民用產(chǎn)品---也就是所謂的商用現(xiàn)貨(COTS)硬件組成的任務(wù)系統(tǒng)電子設(shè)備與外部太空環(huán)境隔離,包括輻射、沖擊、震動(dòng)、電磁干擾等環(huán)境。同時(shí)EME提供對(duì)商業(yè)準(zhǔn)軍用設(shè)備正常工作所需的物理保護(hù)、噪聲隔離、冷卻和電源制式等要求。為提高冗余,亞利桑納號(hào)除了在核心區(qū)部分布置了集成式的艦載主機(jī),還在艦體各處布置有4個(gè)這樣的封裝箱,內(nèi)部容納了安裝有分布式操作系統(tǒng)的刀片服務(wù)器、機(jī)柜及配套設(shè)備。
從頂層設(shè)計(jì)來(lái)看,亞利桑納號(hào)的TSCE分為核心+接入的雙層架構(gòu)。其中接入層采用了自由度極高的開(kāi)放式體系架構(gòu)(OA),層與層、模塊與模塊之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議進(jìn)行交互或互聯(lián)??紤]到艦船的作戰(zhàn)系統(tǒng)、機(jī)械、電氣、通信等任務(wù)系統(tǒng)的不同需求,TSCE進(jìn)行了分類標(biāo)準(zhǔn)和通用化,通過(guò)采用EME,為數(shù)據(jù)處理設(shè)備提供了安全的工作環(huán)境,通過(guò)可靈活布置的適配設(shè)備連接各個(gè)子系統(tǒng),支持常用的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線借口。亞利桑納號(hào)還采用了與雙層體系系統(tǒng)架構(gòu)相配合的雙層光纖以太網(wǎng),配合覆蓋全艦的10G基站,從而實(shí)現(xiàn)了全艦戰(zhàn)術(shù)和非戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的一體化。
為了和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件更新保持同步,亞利桑那使用先進(jìn)的先進(jìn)空天集成戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(Advanced Aerospace Integrated Tactical Network,A2ITN)取代了現(xiàn)有的集成艦載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(ISNS)。A2ITN通過(guò)整合各種網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用空天核心服務(wù)(ACS)和跨域解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的自由貿(mào)易聯(lián)盟太空軍空天環(huán)境。作為T(mén)SCE的嵌入式接入層應(yīng)用,A2ITN覆蓋從非密到最高機(jī)密/敏感分隔信息(TS/SCI)通用計(jì)算環(huán)境的所有安全域,并通過(guò)CEC網(wǎng)絡(luò)為各類星聯(lián)艦隊(duì)艦船和任務(wù)行動(dòng)中心提供支持。
A2ITN采用開(kāi)放式框架結(jié)構(gòu),為全域信息柵格的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)間提供更為有效的數(shù)據(jù)流動(dòng)和可視化信息。另外,全艦通用計(jì)算環(huán)境(TSCE)的虛擬化將能徹底取代數(shù)量眾多的孤立指揮控制系統(tǒng)及其應(yīng)用,它還消除了加裝額外硬件(如服務(wù)器和工作站)的必要,在減少建設(shè)成本的同時(shí)提高了C5ISR系統(tǒng)(指揮,控制,通信,計(jì)算機(jī),網(wǎng)絡(luò),情報(bào),監(jiān)視和偵察)的安全性。
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作戰(zhàn)系統(tǒng):
有了核心層整合計(jì)算資源的支持,自然還需要有來(lái)自應(yīng)用層的支持,才能遂行各種任務(wù)。亞利桑納號(hào)選擇成熟的,與TSCE能完美兼容的,具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的整合式艦船綜合作戰(zhàn)管理系統(tǒng)“宙斯盾”。作為自由貿(mào)易聯(lián)盟太空軍運(yùn)用系統(tǒng)工程原則,在電子工業(yè)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等諸多領(lǐng)域協(xié)同發(fā)展的自動(dòng)化指揮決策與武器系統(tǒng)控制系統(tǒng),“宙斯盾”系統(tǒng)通過(guò)借鑒商業(yè)標(biāo)準(zhǔn),采用成熟民用技術(shù),并以軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)并封裝,其基礎(chǔ)模塊甚至大量裝備于自貿(mào)聯(lián)民用星艦,用于調(diào)控艦上的自動(dòng)防御系統(tǒng)(Automatic Defense System,ADS)用于擊落小行星等大型碎片、采集原料等作業(yè),這使得宙斯盾系統(tǒng)具備了前所未有的泛用性。
“宙斯盾”艦船綜合作戰(zhàn)管理系統(tǒng)(Integrated Combat System,ICS)主要由采用分布式結(jié)構(gòu)的5個(gè)子系統(tǒng)組成:
側(cè)重于艦隊(duì)作戰(zhàn)指揮功能的聯(lián)合指揮決策系統(tǒng)(I.C.S);
和集成艦橋系統(tǒng)(IBS)高度融合的艦船中控顯示系統(tǒng);
兼有作戰(zhàn)指揮(本艦)和武器控制功能的武器控制系統(tǒng);
負(fù)責(zé)全艦的主要探測(cè)功能的多波段超寬帶雷達(dá)系統(tǒng);
系統(tǒng)內(nèi)置的操作準(zhǔn)備和檢測(cè)系統(tǒng)。
聯(lián)合指揮決策系統(tǒng)具有高度的自動(dòng)化能力,可同時(shí)接收多波段超寬帶雷達(dá)系統(tǒng)、艦載巡天望遠(yuǎn)鏡、艦載多用途傳感器系統(tǒng)、空間導(dǎo)航、數(shù)據(jù)鏈以及其它設(shè)備送來(lái)的目標(biāo)信息和其他相關(guān)信息,并將這些信息分類、識(shí)別并進(jìn)行威脅判斷,再根據(jù)單艦或協(xié)同作戰(zhàn)航天器的情況,由顯控臺(tái)向武器控制系統(tǒng)傳遞指令信息,也可以根據(jù)指揮決策程序自動(dòng)傳遞指令信息。
指揮決策系統(tǒng)的中樞是4臺(tái)商用計(jì)算機(jī)和多達(dá)30個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)工作站,另外有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和電子沙盤(pán)等輔助設(shè)備。作戰(zhàn)原則管理功能是宙斯盾系統(tǒng)的核心,該子系統(tǒng)同時(shí)也決定全艦的作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)原則,并作出火力分配以協(xié)調(diào)、控制整個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)運(yùn)行。由于決策系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)完成監(jiān)視、識(shí)別和威脅判斷,使系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間很短,充分發(fā)揮了多波段雷達(dá)全方位探測(cè)的優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)可指揮防御/攔截和進(jìn)攻作戰(zhàn),還能指揮協(xié)調(diào)與友鄰艦艇的協(xié)同作戰(zhàn)。
作為宙斯盾系統(tǒng)一部分的艦船中控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展已經(jīng)與人類航天器普遍配置的集成艦橋系統(tǒng)深度融合,所謂的“集成艦橋系統(tǒng)(IBS)”,就是在艦橋(即居住艙)區(qū)域構(gòu)建的一個(gè)集導(dǎo)航、駕駛控制、航行管理于一體的高度信息化、自動(dòng)化集成系統(tǒng)。當(dāng)然,自近代以來(lái)無(wú)人自律航天飛行器技術(shù)的不斷發(fā)展,這個(gè)系統(tǒng)也在隨時(shí)代發(fā)展被不斷地賦予新的內(nèi)涵和新的需求。今天的IBS,已是一個(gè)涵蓋航行、戰(zhàn)斗、防御、通訊等方方面面的綜合性系統(tǒng),它讓艦長(zhǎng)和艦員得以足不出門(mén)而控制整艘戰(zhàn)艦。
宙斯盾系統(tǒng)的顯示子系統(tǒng)作為面向指揮官的終端,通過(guò)8個(gè)大屏幕顯示器、30個(gè)自動(dòng)化戰(zhàn)斗狀態(tài)板、4個(gè)雙人指揮顯控臺(tái)和8個(gè)單人數(shù)據(jù)輸入控制臺(tái)向本艦和編隊(duì)指揮官綜合顯示工作和戰(zhàn)術(shù)信息,以便于各級(jí)指揮官充分利用宙斯盾系統(tǒng)做出指揮決策。整個(gè)顯示系統(tǒng)分成兩個(gè)相似的顯示組,每組有4個(gè)大屏幕顯示器、2個(gè)雙人指揮顯示臺(tái)、4個(gè)單人數(shù)據(jù)輸入臺(tái)和12個(gè)自動(dòng)化戰(zhàn)斗狀態(tài)板。一組供艦上指揮官使用,另一組供艦上的編隊(duì)指揮官使用。還有6個(gè)自動(dòng)化戰(zhàn)斗狀態(tài)板設(shè)在艦橋上。各個(gè)大屏幕具有單獨(dú)的控制,能夠同時(shí)獨(dú)立地選定距離標(biāo)尺、壓縮飛行路徑、飛行路徑標(biāo)記和偏置。自動(dòng)化戰(zhàn)斗狀態(tài)板能列舉多種信息,包括己艦狀態(tài)、武器清單、戰(zhàn)斗力信息、環(huán)境數(shù)據(jù)、飛行路徑一覽表、使用原則要點(diǎn)和雷達(dá)搜索扇面等。
一套經(jīng)典的宙斯盾系統(tǒng)具有6大職能:編隊(duì)指揮、本艦指揮、戰(zhàn)術(shù)信息、防御/攔截作戰(zhàn)和進(jìn)攻作戰(zhàn)。宙斯盾系統(tǒng)指揮決策子系統(tǒng)在艦載主機(jī)內(nèi)加載有數(shù)千種以上的使用例程。每個(gè)使用例程都是一條使作戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)某種特定狀態(tài)做出反應(yīng)的指令。使用例程可以由編隊(duì)指揮官或防御指揮官來(lái)選定控制。當(dāng)從C5ISR系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈或多波段雷達(dá)等信息源獲得目標(biāo)信息后,系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)接口自動(dòng)輸入到檢測(cè)和決策系統(tǒng)。然后根據(jù)作戰(zhàn)方式?jīng)Q定對(duì)目標(biāo)的射擊方式。宙斯盾系統(tǒng)有三種作戰(zhàn)方式:完全自律、AI輔助和手動(dòng)控制。在絕大多數(shù)情況下,宙斯盾系統(tǒng)一般處于完全自律模式。在這一模式下,對(duì)于輸入指揮決策系統(tǒng)的目標(biāo)信息不需要人工控制,僅需艦橋戰(zhàn)術(shù)長(zhǎng)授權(quán)“開(kāi)始作戰(zhàn)”的指令,全系統(tǒng)就能自主運(yùn)作。在此模式下,只要目標(biāo)設(shè)置符合預(yù)定威脅類型,整個(gè)探測(cè)、攔截過(guò)程將全部自動(dòng)地進(jìn)行,這種模式用于探測(cè)和攔截特別危險(xiǎn)的目標(biāo)如高速來(lái)襲的重型KKV等。在其它兩種作戰(zhàn)方式下,武器控制系統(tǒng)將目標(biāo)插入到交戰(zhàn)隊(duì)列,調(diào)度發(fā)射裝置和傳感器集群,并計(jì)算攔截和預(yù)先射擊的時(shí)間,計(jì)算的結(jié)果反饋給指揮決策系統(tǒng),然后由人工干預(yù)開(kāi)始射擊。其中,AI輔助和手動(dòng)控制方式的區(qū)別在于人工介入的程度,而故障方式則是在系統(tǒng)出現(xiàn)1個(gè)或多個(gè)子系統(tǒng),或者是計(jì)算機(jī)故障時(shí),自動(dòng)降低全系統(tǒng)性能,使系統(tǒng)能夠保持探測(cè)目標(biāo)、發(fā)射導(dǎo)彈等保證艦船安全的功能。
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協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng):
在新時(shí)代背景下,戰(zhàn)斗兵器日益朝著智能化、無(wú)人化、協(xié)同化方向發(fā)展,而CEC的產(chǎn)生正是來(lái)源于新時(shí)代技術(shù)發(fā)展對(duì)自貿(mào)聯(lián)太空軍戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)提出的新要求。
協(xié)同作戰(zhàn)能力(CEC)為自貿(mào)聯(lián)太空軍和空天聯(lián)防體系帶來(lái)了革命性的新能力,這并非通過(guò)新增雷達(dá)或武器系統(tǒng),而是在現(xiàn)有的體系中以更快的傳輸速度,更加暢通無(wú)阻的權(quán)限認(rèn)證來(lái)分發(fā)傳感器和武器數(shù)據(jù)而達(dá)成。CEC可將來(lái)自相關(guān)的多個(gè)傳感器的高質(zhì)量跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,并通過(guò)相同的算法建立一個(gè)單一的、共用對(duì)宇防御戰(zhàn)術(shù)顯示“天域圖像”,將其以經(jīng)濾波的融合的狀態(tài)分發(fā)到其它所有參與平臺(tái)上。其結(jié)果是產(chǎn)生了一種以所有可獲取的傳感器數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的優(yōu)質(zhì)天域圖像,從而可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行極早期的探測(cè),并可對(duì)天域內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行更連續(xù)的跟蹤。CEC的設(shè)計(jì)旨在加強(qiáng)自貿(mào)聯(lián)太空軍防御外部威脅的能力,特別是在熱點(diǎn)區(qū)域。CEC的基礎(chǔ)是加強(qiáng)的通信系統(tǒng),其帶寬和電子對(duì)抗指標(biāo)增強(qiáng)了幾個(gè)數(shù)量級(jí),同時(shí)由GSNAS(Global Space Navigation System,全域太空導(dǎo)航系統(tǒng))提供更強(qiáng)大的系統(tǒng)先進(jìn)性。
CEC的硬件系統(tǒng)由三部分組成:協(xié)同作戰(zhàn)處理器(CEP)、數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)(DDS)和各類接口。
協(xié)同作戰(zhàn)傳輸處理裝置(CETPS)可將當(dāng)前編隊(duì)內(nèi)的所有作戰(zhàn)單位的對(duì)天戰(zhàn)(ASW)傳感器協(xié)調(diào)成一種單一的實(shí)時(shí)火控質(zhì)量混合航跡圖像,從而可極大地提高戰(zhàn)斗部隊(duì)的對(duì)天戰(zhàn)防御能力。通過(guò)采用一種實(shí)時(shí)的、高數(shù)據(jù)率的分配網(wǎng),CETP可將來(lái)自每個(gè)協(xié)同單元(CU)的傳感器數(shù)據(jù)分配給所有其它的協(xié)同單元。這種CETPS抗干擾能力極高,可在協(xié)同單元間建立一種高精度的柵格。通過(guò)采用高容量、并行處理和高級(jí)算法,每個(gè)協(xié)同單元獨(dú)立地將所有分布式的傳感器數(shù)據(jù)融合為一種共用航跡圖像,使混合航跡圖像在所有CU上均相同。CETPS數(shù)據(jù)以來(lái)自每個(gè)CU的最佳對(duì)空戰(zhàn)傳感器能力的一個(gè)超集形式體現(xiàn),并綜合成一個(gè)單一的到CU現(xiàn)存武器或作戰(zhàn)系統(tǒng)的輸入圖像。CETPS包括協(xié)同檢測(cè)、交戰(zhàn)決策、執(zhí)行交戰(zhàn)和數(shù)據(jù)分配。CEPTS可使戰(zhàn)斗群中的所有裝備有對(duì)天戰(zhàn)CEPTS的作戰(zhàn)系統(tǒng)單位成為一個(gè)由CETPS綜合成的單一個(gè)分布式系統(tǒng),從而增強(qiáng)自防御能力。CETPS由兩個(gè)主要系統(tǒng)組和五個(gè)子系統(tǒng)功能組成。這兩個(gè)主要系統(tǒng)組是數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)(DDS)和協(xié)同作戰(zhàn)處理器。而五個(gè)子系統(tǒng)功能是數(shù)據(jù)分配、指揮/顯示支持、傳感器協(xié)同、交戰(zhàn)決策和執(zhí)行交戰(zhàn)。
CEC通過(guò)實(shí)時(shí)、超視距、高速的分布式網(wǎng)絡(luò)來(lái)共享各平臺(tái)的傳感器協(xié)同檢測(cè)數(shù)據(jù)。各協(xié)同作戰(zhàn)平臺(tái)采用獨(dú)立的高容量并行處理算法來(lái)融合傳感器數(shù)據(jù),形成對(duì)戰(zhàn)區(qū)情況的精確認(rèn)知和高度協(xié)調(diào)。
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傳感器集群:
得益于自貿(mào)聯(lián)高度發(fā)達(dá)的信號(hào)整合技術(shù),亞利桑納號(hào)得以通過(guò)采用分布式寬帶多功能孔徑取代以往為數(shù)眾多的各類天線孔徑。位于亞利桑那艦體側(cè)面的一體化射頻陣列采用模塊化開(kāi)放式可重構(gòu)的射頻傳感器系統(tǒng)體系架構(gòu),并結(jié)合功能控制與資源管理調(diào)度算法軟件編程,同時(shí)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、導(dǎo)航與通信、識(shí)別等多種射頻功能的綜合,完成資源共享。
而有了射頻功能的綜合,還需要對(duì)射頻來(lái)源進(jìn)行統(tǒng)一整合。這便是亞利桑納號(hào)配備的柏林巡天-雷神UN/SPY-25多波段超寬帶整合相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)。
顧名思義,典型的多波段雷達(dá)實(shí)際上應(yīng)包括多功能雷達(dá)(MFR)和遠(yuǎn)程廣域搜索雷達(dá)(VSR)兩個(gè)部分。對(duì)于亞利桑那而言,她的多波段超寬帶雷達(dá)(DBR)包括由雷神公司提供頂層開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì),柏林巡天負(fù)責(zé)系統(tǒng)整合和生產(chǎn)的一臺(tái)UN/SPY-25X X波段固態(tài)主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)、一臺(tái)UN/SPY-25S/C S/C波段固態(tài)主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)和一臺(tái)UN/SPY-25L L波段固態(tài)主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)。其中,工作在X波段的雷達(dá)(MFR)主要完成近距離跟蹤和火控;工作在S/C波段的雷達(dá)(VSR)則主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程天域搜索;工作在L波段的雷達(dá)則負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程偵察和檢測(cè),同時(shí)還支持導(dǎo)航和定位功能。得益于現(xiàn)代技術(shù),經(jīng)過(guò)整合后一部雷達(dá)即可承擔(dān)過(guò)去搜索雷達(dá)、火控雷達(dá)、反導(dǎo)雷達(dá)、目標(biāo)捕獲系統(tǒng)等雷達(dá)的全部工作,而且在性能超越它們的同時(shí)其設(shè)備重量和體積僅是這些雷達(dá)加起來(lái)總和的幾分之一。
UN/SPY-25在設(shè)計(jì)時(shí)就盡可能地考慮通用化,最大可能實(shí)現(xiàn)多種不同雷達(dá)組件的通用。以在一定情況下可以起到互為冗余的作用。為了通用,工作在不同波段的雷達(dá)采用了許多統(tǒng)一的設(shè)計(jì),比如T/R組件采用全新的氮化鎵材料,在價(jià)格和尺寸都進(jìn)一步降低的同時(shí)抗擊穿能力也有質(zhì)的提升。再加上天線基板采用室溫超導(dǎo)體材料制成,使得電流在傳輸中不會(huì)發(fā)生損耗,同時(shí)也不會(huì)散發(fā)熱量,從而大大縮小了雷達(dá)設(shè)備所需冷卻系統(tǒng)的體積,從而使得整部雷達(dá)的體積和重量都大大縮小。
UN/SPY-25還統(tǒng)一采用了數(shù)字波束形成(DBF)技術(shù),通過(guò)數(shù)字化技術(shù)形成雷達(dá)波束,使雷達(dá)具有波束指向性更高,探測(cè)能力和抗干擾能力更強(qiáng)等特點(diǎn)。
得益于現(xiàn)代加工技術(shù),UN/SPY-25的每個(gè)天線陣面都有86540個(gè)T/R組件,尺寸在比上一代的UN/SPY-21小30%的基礎(chǔ)上數(shù)據(jù)性能高出28倍。加上采用低溫超導(dǎo)體的決定讓它的輸出功率進(jìn)一步提升。且單個(gè)陣面的最大增益可高達(dá)80dB。
除此之外,UN/SPY-25也沿用了成功的RMA(Radar Module Assembly,雷達(dá)模塊組件)設(shè)計(jì)。也就是所謂的“可重構(gòu)概念”,即陣面大小可以根據(jù)任務(wù)需求和平臺(tái)可以選擇合適尺寸進(jìn)行安裝。多個(gè)T/R組件組成一個(gè)雷達(dá)模塊組件(RMA),通過(guò)增加RMA,可以實(shí)現(xiàn)不同尺寸、功率的雷達(dá)版本,安裝在不同的航天器上。
除相控陣?yán)走_(dá)外,亞利桑那還在艦艏配有長(zhǎng)期與艦體對(duì)接的光學(xué)觀測(cè)艙段以獲得全域范圍內(nèi)的光學(xué)觀測(cè)能力。這一可更換艙段配置有7臺(tái)高分辨率的德州儀器UN/SPS-12廣域巡天望遠(yuǎn)鏡,可以同時(shí)跟蹤7個(gè)目標(biāo),單個(gè)UN/SPS-12口徑達(dá)3.5米,兼具大視場(chǎng)和高像質(zhì)的優(yōu)異性能,能夠覆蓋從紫外光到近紅外(0.3~1μm)的波長(zhǎng)范圍,并具備在軌維護(hù)升級(jí)的能力。通過(guò)多色、多通道成像和無(wú)縫光譜巡天模塊,UN/SPS-12能夠通過(guò)鏡間協(xié)同實(shí)現(xiàn)快速發(fā)現(xiàn)并持續(xù)跟蹤目標(biāo),在搜索模式下,處于同一體制內(nèi)的相控陣?yán)走_(dá)也會(huì)和巡天望遠(yuǎn)鏡聯(lián)動(dòng),對(duì)于雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo),整合了EODAS/EOTS功能的UN/SPS-12會(huì)在對(duì)應(yīng)方位進(jìn)行聚焦試圖捕獲。而聚焦得到的光學(xué)圖像將會(huì)迅速通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)加載進(jìn)亞利桑那的綜合敵我識(shí)別系統(tǒng)(IIFF)中。這些光學(xué)特征信號(hào)將會(huì)連同通過(guò)其他渠道得到的電磁、熱能等特征信號(hào)一起,在匯總后呈遞給采用深度學(xué)習(xí)算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的艦載AI,并對(duì)圖像進(jìn)行特征分析、視效增強(qiáng)等處理,同時(shí)與數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的光學(xué)特征進(jìn)行比對(duì),進(jìn)而幫助AI進(jìn)行敵我識(shí)別。換言之,計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用給予亞利桑那另外一種有效的敵我識(shí)別方法。計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)和傳統(tǒng)電磁波應(yīng)答式IFF的協(xié)同工作極大地提高了亞利桑納號(hào)的作戰(zhàn)能力,對(duì)于一向復(fù)雜的敵我識(shí)別工作也加上了一道額外的安全鎖。
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武器系統(tǒng):
亞利桑那號(hào)在艦船中部前端位置以相對(duì)放置的形式部署有2座泛美軍工RIL4500單裝203mm/L85液冷式電磁軌道炮。作為自貿(mào)聯(lián)二類甲等采購(gòu)項(xiàng)目,發(fā)展至今的RIL系列電磁軌道炮在各成員國(guó)的通力合作下已經(jīng)結(jié)出了累累碩果,形成了使用范圍覆蓋民用船只到軍用主力艦的艦載電磁炮家族。
作為RIL結(jié)晶之一的RIL4500以其高性能和良好的模塊化和通用性享譽(yù)全自貿(mào)聯(lián)太空軍。作為一種全自動(dòng)、垂直裝彈的203毫米單管四軌液冷式電磁軌道炮系統(tǒng),RIL4500能按照存儲(chǔ)、初始化/可編寫(xiě)的程序裝填和發(fā)射彈藥。其主要任務(wù)是對(duì)艦/站攻擊,可在其有效射程內(nèi)精確、快速、大范圍地對(duì)視距外的友軍單位進(jìn)行火力支援,在艦隊(duì)決戰(zhàn)時(shí)也可為友方艦隊(duì)提供支援和掩護(hù),必要時(shí)也可兼任防御/攔截作戰(zhàn)。
從設(shè)計(jì)初就考慮到面向無(wú)人戰(zhàn)艦的RIL4500內(nèi)置模塊化供彈系統(tǒng)與自動(dòng)化彈藥庫(kù),其供彈系統(tǒng)所使用的供彈結(jié)構(gòu)為盤(pán)式供彈機(jī)+固定式輸彈鏈的組合。主炮的輸彈鏈為固定式,并在供彈井上端設(shè)置了一段4/9Π的弧形結(jié)構(gòu)(剛好可以貼合俯仰中主炮的尾閂)。在炮塔的下層結(jié)構(gòu)內(nèi)一共存放著6個(gè)彈盤(pán),每個(gè)彈盤(pán)裝有48枚彈藥,可通過(guò)炮塔內(nèi)的電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。每個(gè)彈盤(pán)均可安裝不同種類的彈藥。待選定彈藥后,對(duì)應(yīng)的彈盤(pán)會(huì)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)(其他彈盤(pán)則保持不動(dòng)),選中的彈藥會(huì)經(jīng)由彈鏈輸送至炮尾。并且待發(fā)彈在炮身俯仰時(shí)可以跟隨炮尾作上行或下行運(yùn)動(dòng)。但考慮到彈鏈長(zhǎng)度和火炮最大俯仰角的限制,RIL4500的最大待發(fā)彈藥量為15發(fā)。所有的彈盤(pán)/供彈模組都在位于艦內(nèi)的全自動(dòng)化彈藥庫(kù)內(nèi)由機(jī)械臂進(jìn)行效率遠(yuǎn)高于手動(dòng)裝填的高速自動(dòng)化裝填,并在裝填完畢后通過(guò)穿梭輸送機(jī)送往炮塔。亞利桑納號(hào)的主彈藥庫(kù)裝有1000發(fā)炮彈,還有4個(gè)容量500發(fā)的輔助彈藥庫(kù),并能通過(guò)自動(dòng)輸彈機(jī)以每小時(shí)100發(fā)的速率向主彈藥庫(kù)補(bǔ)充彈藥,使得兩門(mén)艦炮均能實(shí)現(xiàn)一面射擊一面裝彈。亞利桑納號(hào)整合所有艦上彈藥需求的先進(jìn)自動(dòng)化彈藥庫(kù)不僅將占用的體積重量降至最低,而且是一個(gè)完整的模組,制造工作能與艦體建造同步進(jìn)行,并且以整體吊裝的形式將整個(gè)通用彈藥庫(kù)模組直接插入艦體,節(jié)省了建造時(shí)間。
雖然RIL4500的炮口內(nèi)徑只有203毫米,但炮口處身管直徑卻達(dá)到了500毫米,身管最厚處(外附反邁斯納磁體和電磁減速器)更是高達(dá)868毫米。這使得RIL4500的炮管相較于其他軌道炮顯得極為厚實(shí)且粗壯。造成這樣的設(shè)計(jì)主要是因?yàn)镽IL4500在設(shè)計(jì)之初就充分考慮了電磁炮在短距離加速?gòu)椡枭舷噍^傳統(tǒng)火炮的巨大優(yōu)勢(shì)。
為了發(fā)揮長(zhǎng)身管軌道炮對(duì)彈體的極限加速能力,RIL4500安裝有四條加速軌道,并將其以“萬(wàn)”字形布置于內(nèi)管周圍。且軌道也被設(shè)計(jì)成了一段較窄另一端略粗的類水滴形剖面結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)的目的在于讓內(nèi)部安裝了良導(dǎo)體的待發(fā)彈藥可以在磁場(chǎng)的作用下脫離炮管內(nèi)壁懸浮在內(nèi)管中央,且在炮彈開(kāi)始加速時(shí)給予彈體一個(gè)相對(duì)較小的順時(shí)針或逆時(shí)針(主要取決于電流方向)加速度,使炮彈以較慢的速度自旋從而獲得一定程度上的自穩(wěn)定能力。這一設(shè)計(jì)讓RIL4500可以在四條軌道中的任意三條或?qū)ΨQ兩條正常工作時(shí)即可維持彈藥的擊發(fā)。同時(shí)四條軌道的平攤壓力也讓RIL4500的加速軌道相較于普通的雙軌電磁炮更加不容易因受力過(guò)大造成結(jié)構(gòu)彎曲或者變形。得益于此,RIL4500得以安裝85倍徑甚至以上的高倍徑身管而不致于擔(dān)心身管金屬因自身重量造成的疲勞效應(yīng)。
此外,為了對(duì)抗軌道在超導(dǎo)態(tài)下產(chǎn)生的磁場(chǎng)排斥現(xiàn)象(邁斯納效應(yīng)),RIL4500除了將四條主要軌道加工成一段較為接近內(nèi)管而另一端相距較遠(yuǎn)的萬(wàn)字形外,還在靠近炮尾的位置安裝了厚度225毫米,長(zhǎng)度達(dá)到4520毫米的反邁斯納軌道。這套系統(tǒng)通過(guò)產(chǎn)生反向磁場(chǎng)抵消掉一部分軌道產(chǎn)生的外部磁場(chǎng),從而強(qiáng)行使一部分磁感線進(jìn)入身管內(nèi)部。同時(shí)這套系統(tǒng)也可作為輔助加速軌道,可在四條軌道全部故障的情況下維持最低限度的彈丸投送(考慮到反邁斯納磁體的直徑和位于耳軸前方不遠(yuǎn)處的高被彈區(qū),四條軌道全部損毀而反邁斯納磁體還能保持完好的情況幾乎不可能發(fā)生)
全部這些軌道所需的能量都由固定在座圈下方的LL-1000“萊頓閃電”陣列提供。它們通過(guò)向軌道接通高壓直流電進(jìn)行充能,一次完全充能所需的時(shí)間約為12.6-13.3秒,具體取決于身管工作環(huán)境。在所有部件運(yùn)轉(zhuǎn)正常且所有軌道完全充能下,RIL4500可以將350千克重的彈丸加速到30馬赫(10209m/s)的速度。
軌道套筒的剩余空間被注入了液氮,以高壓泵從軌道下方泵入并從上方溢出的形式進(jìn)行強(qiáng)循環(huán)。完成冷卻后的液氮會(huì)被吸入炮塔內(nèi)部的壓縮機(jī)進(jìn)行二次加壓冷卻,從而達(dá)到重復(fù)利用的效果。
RIL4500采用的LL-1000 “萊頓閃電”儲(chǔ)能放電裝置是一種構(gòu)造極其簡(jiǎn)單,制造成本很低,且完全不需要任何電子設(shè)備控制,僅靠自己儲(chǔ)備的靜電的電勢(shì)就能進(jìn)行自我調(diào)控的瞬時(shí)充/放電電容。其主體結(jié)構(gòu)為一個(gè)直徑1000毫米的中空球體,球殼一共分為三層:最外層為絕緣體,通常為氧化鋁基陶瓷。(部分LL-1000的最外層被改裝成了壓電陶瓷,考慮到LL-1000的瞬時(shí)高電壓放電,我們并不推薦這樣做)中層則為以石英砂為主的玻璃纖維材料,最內(nèi)層則是一層由純銅制成的完美球體,直徑950毫米.球體內(nèi)部以左右上下四極為支撐點(diǎn)鋪設(shè)了共計(jì)18層60X60的銀網(wǎng),最上部安有一根中空銅棒,固定于球體中央。銅棒的周圍共計(jì)分布著18條輕質(zhì)導(dǎo)線。
當(dāng)LL-1000的上端被接通電源時(shí),源源不斷的電子會(huì)優(yōu)先選擇電阻較小的銀網(wǎng)通過(guò),并在懸空的銀網(wǎng)上逐漸聚集。待銀網(wǎng)上的電勢(shì)達(dá)到飽和狀態(tài)后,電子開(kāi)始向中空銅棒的底端聚集,并使得周圍垂掛的輕質(zhì)導(dǎo)線逐漸向外部飄散(類似的例子便是當(dāng)觸摸靜電球時(shí)頭發(fā)飄起的效果)。一旦其中的某根導(dǎo)線接觸到了任意一層銀網(wǎng),整個(gè)電路就將被接通,巨量的電子會(huì)在一瞬間涌入導(dǎo)線及其上方的放電電極,形成一道1.5億伏但持續(xù)時(shí)間僅為0.01秒的高壓電弧。這道電弧會(huì)直接接通炮彈末尾的良導(dǎo)體電極,使其在軌道磁場(chǎng)的作用下受到一個(gè)向前的力,從而達(dá)到投射的效果。由于“萊頓閃電”是直接儲(chǔ)存電子的電勢(shì),而非普通電池一樣將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能才能儲(chǔ)存,所以其損耗比普通的電池小的多,而且瞬間放出數(shù)十億伏脈沖電的能力更是傳統(tǒng)電池所望塵莫及的。
RIL4500在其炮塔內(nèi)部安裝有6個(gè)“萊頓閃電”作為激發(fā)器,小巧而高效的激發(fā)器陣列使得RIL4500能在短時(shí)間內(nèi)獲得高達(dá)每分鐘30發(fā)的超高射速。“萊頓閃電”作為一種即插即用的消耗品,在備件倉(cāng)庫(kù)里存有備份,當(dāng)銀絲受到較大損耗時(shí),大可直接打開(kāi)炮塔外殼,取出內(nèi)部采用模塊化設(shè)計(jì)的激發(fā)器陣列,并對(duì)損耗組件進(jìn)行更換。
此外,30馬赫的超高炮口初速在給RIL4500帶來(lái)究極性能的同時(shí),也賦予其以遠(yuǎn)比同口徑火炮強(qiáng)大的后座力。不過(guò)值得一提的是,電磁武器的加速模式與傳統(tǒng)火器不同——在彈藥被擊發(fā)后,投射物從傳統(tǒng)火器身管尾部直到身管前部射出的過(guò)程中,投射物的加速度大多呈現(xiàn)出一個(gè)逐漸衰減的趨勢(shì)(假定推進(jìn)藥完全燃燒,不考慮二次引燃的作用),而電磁武器對(duì)彈丸的加速度則是恒定的。這使得從體感后坐力角度(人體通常會(huì)記住某個(gè)施加在其身上較強(qiáng)的力的峰值而不會(huì)過(guò)多關(guān)注峰值較小持續(xù)不斷的壓力)來(lái)說(shuō),同樣槍口初速度下電磁武器與火藥武器相比,電磁武器的后座力比火藥武器要小很多。
但這些優(yōu)勢(shì)對(duì)于初速可達(dá)30馬赫的RIL4500而言微乎其微。為了對(duì)抗高初速帶來(lái)的強(qiáng)大后座力,RIL4500的內(nèi)管被設(shè)計(jì)為固定式,但外管連同內(nèi)置的四條軌道(正是發(fā)射時(shí)主要受到反作用力的部件)被設(shè)計(jì)為在發(fā)射時(shí)可以向反方向運(yùn)動(dòng),同時(shí)安裝在耳軸前方的兩臺(tái)電磁減速器會(huì)產(chǎn)生與身管相反的磁場(chǎng),利用中央身管已經(jīng)完成做功的線圈將部分動(dòng)能重新轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電勢(shì),形成一種類似現(xiàn)代管退火炮的反后座系統(tǒng)。在尾閂上的萊頓閃電裝置到達(dá)最大后座行程后的數(shù)秒內(nèi),身管會(huì)在磁場(chǎng)的作用下復(fù)位,同時(shí)炮閂卡筍會(huì)打開(kāi),將輸彈機(jī)中的待發(fā)彈藥推入炮塔從完成下一發(fā)彈藥的裝填。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展,電磁炮早已不像一開(kāi)始被發(fā)明出來(lái)的時(shí)候那樣,只能搭載純動(dòng)能武器,不能配備制導(dǎo)炮彈和裝藥炮彈。亞利桑那搭載的部分炮彈為次口徑制導(dǎo)炮彈,在吸取了尾翼穩(wěn)定脫殼穿甲彈(Armor Piercing Fin Stabilized Discarding Sabot,APFSDS)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)后,設(shè)計(jì)人員通過(guò)在次口徑制導(dǎo)炮彈外部安裝了一個(gè)內(nèi)覆純銀網(wǎng)絡(luò)的彈托來(lái)解決電磁炮加速軌道強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)電子設(shè)備的影響。通過(guò)這個(gè)形似整流罩的外殼,制導(dǎo)炮彈本身和外殼共同構(gòu)成了一個(gè)法拉第籠。由于銀網(wǎng)的低電阻特性,磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流會(huì)首先通過(guò)外部的彈托而非制導(dǎo)炮彈本身引導(dǎo)頭的電路。在炮彈離開(kāi)加速軌道后,炮彈攜帶的少量單組元推進(jìn)劑和內(nèi)嵌的微推力器就會(huì)開(kāi)始運(yùn)作,從而使彈托自行脫離本體,這套R(shí)CS系統(tǒng)主要用于調(diào)整炮彈的射入角度和方向。同時(shí)也可以使得炮彈在穿過(guò)星際塵埃帶等多阻礙區(qū)域時(shí)也能維持當(dāng)前姿態(tài)不變。
除兩門(mén)電磁炮外,亞利桑那號(hào)還配備有4座波音-德州儀器UN/SEQ-15單裝100mm/L45光纖脈沖激光炮。UN/SEQ-15具備全自動(dòng)、高精度、能量集中、傳輸速度快、轉(zhuǎn)移火力快、抗電磁干擾、可重復(fù)使用、作戰(zhàn)效費(fèi)比高的特點(diǎn)。UN/SEQ-15能按照存儲(chǔ)、初始化/可編寫(xiě)的程序充能、指向和照射目標(biāo)。其主要任務(wù)是對(duì)艦/站攻擊,可在其有效射程內(nèi)精確、快速地對(duì)友軍單位進(jìn)行火力支援,在艦隊(duì)決戰(zhàn)時(shí)也可為友方艦隊(duì)提供支援和掩護(hù),必要時(shí)也可兼任防御/攔截作戰(zhàn)。
UN/SEQ-15采用光纖激光體制,通過(guò)采用摻入稀土元素的玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器,光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái):在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度,造成激光工作物質(zhì)的激光能級(jí)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”,當(dāng)適當(dāng)加入正反饋回路(構(gòu)成諧振腔)便可形成激光振蕩輸出。由于激光信號(hào)的產(chǎn)生需具備粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、存在光反饋和達(dá)到激光閾值三個(gè)基本條件,因此激光器是由工作物質(zhì)、泵浦源和諧振腔三部分組成。增益光纖為產(chǎn)生光子的增益介質(zhì);抽運(yùn)光的作用是作為外部能量使增益介質(zhì)達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn),也就是泵浦源;光學(xué)諧振腔由兩個(gè)反射鏡組成,作用是使光子得到反饋并在工作介質(zhì)中得到放大。抽運(yùn)光進(jìn)入增益光纖后被吸收,進(jìn)而使增益介質(zhì)中能級(jí)粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn),當(dāng)諧振腔內(nèi)的增益高于損耗時(shí)在兩個(gè)反射鏡之間便會(huì)形成激光振蕩,產(chǎn)生激光信號(hào)輸出。
UN/SEQ-15全系統(tǒng)可分為增益光纖、反射鏡組、諧振腔和輸出調(diào)諧棱鏡組四大部分,其中,增益光纖位于船體內(nèi)部,并通過(guò)反射鏡組通向諧振腔,產(chǎn)生的激光振蕩隨即通過(guò)安裝在船殼上的調(diào)諧棱鏡組(即外露的炮塔結(jié)構(gòu))進(jìn)行聚焦,隨即向宇宙空間飛去。UN/SEQ-15的機(jī)械構(gòu)件除位于船體表面炮塔結(jié)構(gòu)的調(diào)諧棱鏡組和照射器,其余部分全都位于船體內(nèi)。
當(dāng)敵方打擊彈藥已進(jìn)入距艦船數(shù)十-數(shù)公里的距離時(shí),UN/SEQ-15將迅速轉(zhuǎn)入防御模式。在這一模式下,亞利桑那的多波段相控陣?yán)走_(dá)和巡天望遠(yuǎn)鏡會(huì)迅速與防御管理模塊進(jìn)行高速數(shù)據(jù)共享,為UN/SEQ-15的運(yùn)行提供實(shí)時(shí)目標(biāo)參數(shù)。在艦載主機(jī)確定來(lái)襲火力的威脅等級(jí)后,防御管理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)威脅等級(jí)迅速分配各個(gè)模塊的任務(wù),包括照射模塊的照射角度,照射時(shí)長(zhǎng);供電模塊的輸電優(yōu)先級(jí)對(duì)象等。保證來(lái)襲的每一個(gè)飛行物都能受到2到4個(gè)照射器,0.1秒到5秒不等的持續(xù)照射時(shí)長(zhǎng)的不同等級(jí)照射,直到來(lái)襲物體被徹底摧毀為止。
亞利桑那還安裝有32座SMK-68通用垂直導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)。這種垂直導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)是由雷神公司主導(dǎo)設(shè)計(jì)的,采用開(kāi)放式架構(gòu)的新一代通用垂直導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)(UVLS),具備良好的通用性和適裝性。出于泛用性的考慮,SMK-68采取電磁彈射冷發(fā)射的發(fā)射方式。
SMK-68采用8單元一組的模塊化構(gòu)裝,并適配有7米,9米,11米三種不同長(zhǎng)度的發(fā)射裝置和同規(guī)格的適配發(fā)射箱。發(fā)射裝置在插入艦體后就很難再做改變,但發(fā)射箱可利用吊車隨時(shí)更換,但要注意的是長(zhǎng)發(fā)射裝置可以換裝短箱,但絕對(duì)不能把長(zhǎng)箱塞進(jìn)短發(fā)射裝置里,比如9米發(fā)射裝置可以輕而易舉地改裝7米發(fā)射箱,但千萬(wàn)不能拿9米長(zhǎng)箱塞進(jìn)7米發(fā)射裝置里。SMK-68的模塊化構(gòu)成不僅將占用的體積重量降至最低,而且是一個(gè)完整的模組,制造工作能與艦體建造同步進(jìn)行,并且以整體吊裝的形式將整個(gè)模組直接插入艦體,節(jié)省了建造時(shí)間。但需要指出的是,不像發(fā)射箱一樣想換就換,發(fā)射裝置在插入艦體后想再取出來(lái)可就不是一件容易的事情了。
SMK-68擁有巨大的1米發(fā)射箱內(nèi)徑,前所未有的巨大空間不僅放寬了對(duì)導(dǎo)彈的限制,還使得總載彈量進(jìn)一步增加。在裝填某些小型導(dǎo)彈的時(shí)候甚至可以采取一坑五彈,一坑六彈乃至一坑九彈的裝填方式,從而使載彈量成倍提升。這也就是為什么亞利桑納號(hào)只攜帶了32座共256個(gè)單元的通用垂直發(fā)射系統(tǒng),但卻能一次裝填并發(fā)射遠(yuǎn)超這個(gè)數(shù)字的導(dǎo)彈的原因。
此外,由于采用了高度自動(dòng)化的開(kāi)放式軟硬件架構(gòu)與模塊化延伸電子元件(Canister Electronic Unit,CEU),并通過(guò)模塊化控制單元(Module Controller Unit,MCU)與艦上TSCE共同運(yùn)算環(huán)境相容,SMK-68得以更經(jīng)濟(jì)又迅速地整合各種現(xiàn)有或新開(kāi)發(fā)的導(dǎo)彈,只需要更換新的導(dǎo)彈控制軟件,而不需更改發(fā)射器本身的軟硬件,實(shí)現(xiàn)真正意義上的“即插即用”。發(fā)射器的導(dǎo)彈控制系通過(guò)CEU與宙斯盾系統(tǒng)連接,所以導(dǎo)彈只需采用與CEU相兼容的軟件即可。
SMK-68垂直發(fā)射系統(tǒng)在冷發(fā)射模式下采用更加環(huán)保的電磁彈射冷發(fā)射方式。就像一座垂直安裝在艦體內(nèi)的電磁炮一般,以密閉形式封裝的電磁加速導(dǎo)軌會(huì)將導(dǎo)彈彈射出發(fā)射裝置,隨后導(dǎo)彈自行點(diǎn)火起飛。而在一個(gè)發(fā)射箱中安裝有多枚導(dǎo)彈的情況下,在一枚導(dǎo)彈被彈射出艙的時(shí)候,底部的緊湊型抓鉤自然會(huì)保證剩下的導(dǎo)彈待在它們應(yīng)該待的位置上。
非常值得一提的是,亞利桑納號(hào)搭載的各型導(dǎo)彈均內(nèi)置了彈群協(xié)同算法,使得他們可以在完全自律的情況下自主飛行,這種自彈群引導(dǎo)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的軟體算法能夠?qū)⒚恳幻墩幱陲w行狀態(tài)的導(dǎo)彈通過(guò)CEC終端連接在一起,通過(guò)搭載在某些改裝導(dǎo)彈上的分布式服務(wù)器,不同型號(hào)的導(dǎo)彈得以互相共享數(shù)據(jù)并自主決策。由于外表并無(wú)差別,因此在敵方看來(lái),每一枚導(dǎo)彈都可能是搭載了CEC終端的支援彈,這極大地增加了攔截的難度。而實(shí)際上,就算沒(méi)有支援彈存在,普通的戰(zhàn)斗彈群也能做到這一點(diǎn),只不過(guò)效率和性能會(huì)有一定程度的降低而已。
而隨著技術(shù)發(fā)展,CEC終端在經(jīng)過(guò)不斷的“先進(jìn)能力構(gòu)建(ACB)”后,其體積大大縮小,可以被安裝在絕大多數(shù)的友軍單位上,這大大增強(qiáng)了前線單位間的連接強(qiáng)度。對(duì)于彈群來(lái)說(shuō),它們可以從幾乎所有友軍單位那里得到引導(dǎo),這使得對(duì)彈群的干擾難度隨正在同步為彈群提供引導(dǎo)的友軍單位的數(shù)量的上升而上升。換言之,正在為彈群提供引導(dǎo)的友軍單位越多,彈群的抗干擾能力越高。這樣的特性在共同體的大規(guī)模作戰(zhàn)中無(wú)疑是極為有利的。
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