从现实角度考虑，未来的太空战舰会是什么样子？

从实用性，现实的航空航天科技，材料科学，军事用途的角度考虑，在千年以内的近未来，人类开发出的太空战争载具会是什么样子了呢？（原题目是百年，感觉很多答主都答的意犹未尽，那么好，咱们聊聊千年之内的太空战争载具，各种黑科技都给我上！）

“Pye Wacket”项目，正式名称为透镜防御导弹（LDM）计划，保密代号“皮瓦客”（Pye Wacket），其名取自马萨诸塞州当地的一个都市传说，一个会保护自己主人的女巫。项目编号为WS-740A。该项目由通用动力公司康维尔分部于1958年发起，以响应美国空军对防御性反导系统（DAMS）的要求，以保护B-70 女武神战略轰炸机免受高速高空地对空导弹（SAM）和截击机的伤害。




有关B-70的精彩内容请看：
XB-70女武神超音速战略轰炸机始末（重磅内容！)B-70 女武神战略轰炸机的极速和飞行高度被认为足以摆脱当时的苏联防空导弹和截击机。然而，随着苏联SA-2高空防空导弹的部署，美国军方相信SA-2能够安装核弹头，可以威胁到高空飞行的B-70。同时B-70的3马赫护航战斗机XF-108项目在1959年被取消，所以该机的自卫问题就浮出了水面。因此，战略空军司令部评估B-70需要携带自卫防御导弹，要求该导弹不仅能击中苏联截击机，还能拦截苏联防空军发射的地空导弹，还要能以七倍于音速的速度飞行。
在可行性研究之后，DAMS设计的开发合同于1959年授予位于加利福尼亚州波莫纳的通用动力公司康维尔分部。工程师在经过风洞研究后选择了双凸透镜状飞碟气动外形，透镜设计被认为在极高的迎角下具有最佳的气动特性，理论上具有理想的质量分布，使导弹具有出色的终端敏捷性，并能实现从飞机上向任何方向发射。Pye Wacket导弹外壳使用镁铝合金制造，安装6台M58A2固体燃料火箭发动机进行姿态控制和推进，原型弹在1957-1961年间的测试中达到了5马赫的高超音速。该弹生产型将安装一个小型核弹头，通过核爆炸来提高拦截空中目标的效能。










B-70的高成本和面对苏联愈发先进的防空系统的脆弱性，加上1960年U-2高空高速侦察机被击落事件，导致决定洲际弹道导弹在未来将成为美国的主要核武器运载力量。因此，B-70项目在1961年初被取消。配套的Pye Wacket导弹的研制工作也就终止了。
虽然Pye Wacket导弹项目取消了，但是双凸透镜状飞碟气动外形的研究还在继续，在1960年代和1970年代，北美航空公司开始秘密开发透镜式再入飞行器（LRV），这是一种实验性核弹头运载系统。LRV是一个直径40英尺（12米）的半碟型飞行器，后边缘平坦，可使用土星C-3太空火箭将其送入近地亚空间轨道。它可以支持四名机组人员进行为期六周的亚空间轨道任务，可以向地面投放核武器。采用化学能或核动力火箭发动机。该飞船还将包含一个用于发电的核反应堆，飞船中央设置了一个楔形救援舱，在发生不可预见的情况时，载有宇航员的救援舱从飞船上射出并用降落伞单独降落。


















LRV计划的存在可能会为很多关于不明飞行物的目击事件提供可信度。然而LRV的飞行特性更类似于1960年代的标准轨道太空舱，它在大气层内并不具有敏捷的机动性，而许多目击报告中的飞碟状不明飞行物具有快速运动和突然速度变化特征，因此将1960年代的各种飞碟传说归结于LRV实验不靠谱，不过根据视频，LRV确实也被人目击过。我们可以肯定LRV没有服役，LRV的技术难度太高且性价比很低，项目大约在1975年左右完全中止。在航天研究方向，美国转向研究升力体航天飞机，在核武器运载方向，中程弹道导弹在美苏大行其道。这种独特的蝶形航天器从此成为绝唱。

之前看到的最符合物理的假想图：


船体是垂直设计像楼层一样的甲板，加速减速时都能产生人工的线性重力，且船体设计上有散热板和太阳能电池板。船首和船尾都有RCS喷口，以在最大力矩下调整船体姿态。


武器上垂发负责远程的动能曲线攻击，激光武器负责中程的直线打击，注意这只是三个炮台确保射界，实际上的激光生产装置只有一个，最后四台35毫米近防炮担任最后的防线。由于没有大气散射雷达的探测能更精确，所以在船首安装了类似于现代水面舰艇的四面相控阵雷达，以及远红外等光学探测装置。




近防炮的模型直接用的现役的莱茵金属厄利孔千禧年35mm机炮。

之前赞最多的那个人说引用的贴吧内容，其实就是我发的。
我很喜欢“死球孩子”（Children of a Dead Earth）那个游戏，所以在贴吧对那个游戏进行了一个粗略的介绍。不得不说，这个游戏确实非常符合题主的设想，未来百年科技水平的宇宙战争。故事中的地球因为超级大国的世界大战而在短时间内毁灭了，剩余的地球人不得不被迫成为了太阳系人。经过百年的发展，太阳系内又形成了两大敌对势力，终于爆发了战争。
既然题主说的是“太空战舰”的样子，那我就着重在这方面讲一下。
注意题主说了是百年以内，因此不应该考虑任何黑科技，而是以现有技术或者即将实现的技术为准。

1，推进器
既然是百年左右的科技水平，那么太空战舰的动力应该还是与火箭相同。在可以预见的近未来，效率最高的火箭发动机，应该是裂变推进器。但是即便如此，高效的裂变推进器的效率也并没有比现今的化学火箭发动机高出几倍。为了实现太阳系内的航行与作战，一艘太空战舰，采用裂变推进器，也依然需要相当大的一部分体积用来携带推进剂。在太空战舰中，推进剂一定是质量和体积占比最高的部分之一。
宇宙作战肯定需要灵活的控制姿态，因此，战舰要么使用侧面安装的姿态控制推进器来转身，要么就在主推进器上安装万向节，直接转动尾部推进器的角度来实现转向等动作。
对于不同尺寸的推进器来说，质量相同的情况下，肯定是一个大的推进器效率高于多个小推进器。但是一个大推进器在战斗中被打坏就完全不能再用了，多个小推进器则被打坏一个，剩余的还能继续运作。如果是有较大调整角度的万向节推进器，即使不对称的损坏了一部分，剩余的推进器也依然能让战舰按照预想的航向加速和转向。因此，究竟选用多少个推进器，就需要谨慎考虑进行取舍了。



装有万向节的推进器喷口

2，装甲和外观
太空战舰要能够承受敌方武器打击，装甲肯定是必不可少的。在体积一定的情况下，球形的表面积最少。但是，球形并不一定是最好的选择。
第一，太空战舰有火箭推进器，通常就装在尾部，这里肯定不能被装甲遮盖起来，因此太空战舰是有前后之分的。第二，太空战舰通常不会全方位遭受打击，敌人也是按轨道移动，肯定是从某一个主要方向攻过来，因此并不需要全方位防护的球形装甲。第三，裂变推进器、核反应堆这些部分会产生核辐射，不利于战舰内人员的健康，因此人员舱和反应堆、推进器之间需要防辐射板的隔离，因此内部结构也应该是有前后之分的。第四，球形虽然是表面积最小，但并不是横截面积最小的形状，太空战舰为了避免被敌方炮火击中，应该让横截面积尽可能小。
因此，太空战舰的主体外观应该是近似圆柱形的结构，外面是比较平滑的装甲层。当然，倾斜装甲肯定也是有效的，近似圆锥形或者炮弹形也是不错的选择，在船头对敌的姿态战斗，自己的横截面积最小，装甲的倾斜角度最大。



太空战舰的典型外观

3，散热
太空战舰的能量消耗一定不小，各种武器系统肯定需要大量电力来运行，发电机是必然产生废热的，人员生命维持系统的各种设备也都需要散热。如果是在地球上，核动力航母、核潜艇散热不是问题，因为它们在海里，用海水散热；飞机、坦克散热不是问题，因为它们用空气散热。但是太空是真空环境，唯一的散热手段就只有热辐射，因此，太空战舰必然有面积巨大的散热板。
可能有很多人不知道，国际空间站、美国航天飞机等载人航天器，其实全都有面积巨大的散热板。



国际空间站，这几片白色的物体，并不是太阳能板，而是散热片！



航天飞机在太空中为什么要一直敞开舱门呢？因为这个舱门内壁其实是散热片！

散热片是通过热辐射实现散热的，散热效率和面积成正比，因此如果被遮挡肯定会影响散热效率，无法覆盖厚重的装甲。因此，战斗中瞄准对方舰船的散热片进行攻击，也是一种不错的策略。当然，在太空战舰的设计中，也需要考虑是否要将散热片留有冗余，以便在被摧毁一部分散热片的情况下依然能有足够的散热功率。



战舰的内部结构，以及不同大小与温度的散热片

需要注意，不同工作温度的设备，需要分别采用不同的散热片进行散热。因为，如果将不同温度的设备接入同一散热回路，那么温度会从高温部件传向低温部件，工作温度较低的部件不但无法散热，反而会被其他设备加热！
还有一点需要知道，散热效率和温度的三次方成正比，散热温度越高效率越好，因此工作温度低的部件反而需要更大的散热片！对于人员舱来说，必须保持室温，因此空调散热片虽然工作温度并不高，散热面积却并不是特别小。而飞船的主核反应堆和一些武器系统，则会使用温度高、看起来红热的散热片。
4，武器
太空战舰可选的武器基本可以分为3大类：激光，动能炮，导弹，射程依次增加。
首先说激光，这是很多科幻小说中首选的武器装备。激光有不少优点：1，光速发射，瞄准必定命中，无法躲避；2，只要有电即可发射，对于核动力太空战舰来说相当于弹药无限。当然，激光也有缺点：1，由于衍射，威力与距离成反比；2，激光炮需要大量电力，因此发热量极大，大威力激光炮需要巨大的散热板才能工作。



以激光为主炮的太空战舰，拥有巨大的散热板。

动能炮的优缺点几乎与激光相反。在太空中没有空气阻力，因此炮弹的飞行距离可以说是无限的，威力不会随着距离增加而降低。当然，对方也不会原地站着挨打，命中率可以说随距离下降，有效作战距离也不是无限的。动能炮可以是火药炮，也可以是电力驱动的磁轨炮或者线圈炮，各有优缺点。
火药炮优点就是耗电量很低，除了转动炮塔和装填系统之外不需要电力，缺点就是弹药库被击中会引发殉爆，并且化学炸药的威力也无法做到太高。磁轨炮和线圈炮就可以通过增加电源功率、增加电磁部件等方式将威力显著提高。磁轨炮发射时炮弹与轨道是有直接摩擦接触，因此威力提升也不是无限的，适合发射质量小、射速高的小口径子弹。线圈炮的炮弹不需要与线圈接触，适合发射口径大一些的物体，但是线圈炮只能发射铁磁性物质制成的炮弹，线圈产生的反电动势阻碍炮弹进一步加速，所以威力也不能无限提升。
宇宙战中的相对速度可能会很高，达到几千米每秒，双方炮战的交火距离可达几十甚至几百千米，因此，炮弹初速比较高的小口径炮会比较有优势，太空战舰很可能会选择每颗子弹质量只有几克或几十克、初速几千米甚至几十千米每秒、每分钟数百甚至上千发的类似机关炮的小口径炮塔为常见武器。
从外观上来看，这些威力巨大的炮塔可能也只有几米的大小，相对于几十米粗、百米长的战舰来说，炮塔就显得比较小了。



各炮塔开火！

最后说一下导弹和与导弹类似的无人机。
地球上的舰队中，最强大的是航母。这是因为，地球是圆的，战舰无法侦察到更远的距离，必须通过飞机才能在远距离搜索到敌方舰队实施攻击。由于地球引力的存在，导弹的射程也很有限，对舰作战的效率很难超过飞机。但是在太空中，这些问题都不存在。太空与海洋不同，不同大小的太空战舰的机动性，并不会像飞机和船舶那样有数量级的差异，并且在激光、高速电磁炮面前，这点机动性的差异也不会有本质的区别，无非就像轮船和快艇的区别罢了。在地球上，你会想用快艇跟巡洋舰战斗吗？
另外，如果在太空中使用战斗机，那么需要让它返航回收，推进剂的携带量就必须是单程的2倍，甚至是导弹的4倍。（导弹出发后与敌方撞击之前只需要单程加速，但飞机需要180度掉头返航，然后还要再减速到0）上面已经说过，宇宙航天器中质量占比最大的肯定是推进剂，一架可返航的战斗机比导弹大4倍，却并不比4枚导弹的作战效率更高。
因此，对于远距离交战，肯定是导弹和不需回收的一次性无人机作为主力。（一次性无人机也可以视为子母弹类型的导弹）
太空中虽然没有空气阻力，但是导弹的外形应该和地球上的区别不大，也是尖头的圆柱形。上面已经说过，圆柱正面的横截面积最小，尖头又能增加正面装甲的倾斜度，使得导弹达到最佳的突防能力。



太空导弹的形状，也是尖头的圆柱形

上面所说的激光和动能炮也都可以作为点防御武器，拦截导弹和无人机。所以导弹和无人机应该也是成群结队，以数量取胜。太空中的反舰导弹的大小应该也与地球上的类似，大约几米长、几十厘米粗。可以搭载核弹头也可以是破片动能弹头，因为太空中没有空气，核弹并不会像地球上那样拥有威力巨大的冲击波，只能以高温损伤敌方装甲，并不一定比破片弹头杀伤力高。当然，也有将金属破片装在核弹头前面的组合式弹头，利用核弹的爆炸力将高温高速的金属射向敌方。
5，人员与作战
太空飞行器是火箭动力，任何一点质量都是宝贵的，因此载人舱在太空战舰中应该只占很小的体积。太空战舰与其叫“战舰”，不如叫“太空潜艇”更合适一点，不会有非常宽敞的舰桥和舱室。舰上的人员编制应该也与现代核潜艇类似，几十人编制是比较合理的，而不应该像地球上的战舰或航母那样有几百上千人。
注意太空战舰的甲板方向，应该与推进器的方向垂直，而不是飞机那样与推进方向平行。（驾驶员可以有一个面向前方的座位）因为太空中没有重力，战舰在战斗中需要频繁的加速，只有垂直方向的甲板才能在加速时让人们更稳定的行动，而不是被甩到后面的墙上去。



与潜艇类似，太空战舰应该也无法提供逃生舱。地球上战舰被击毁会沉没，救生艇可以让人们漂浮在海面上等待救援。但是在太空中，战舰并没有“沉没”一说，“弃舰”把自己用小型逃生舱发射到宇宙中，并不会增加生还几率。
实际上，百年左右近未来的宇宙轨道战争，几乎就是你死我活的战争，战败的的一方几乎没有退路。上面我一直强调，太空中的质量很宝贵，最大的质量就是推进剂。那么，战舰为了最高的作战效率，通常应该只携带单程燃料（如果让战舰携带可以返程的燃料，那不如直接派2艘单程燃料的战舰了，战斗力就是二倍啊！）所以，每次战役的参战双方，应该都只有单程燃料，战胜的一方可以在轨道上等待补给然后返航，失败的一方是没有撤退能力的，要么被俘，要么就只能原地饿死了。可以这么说，以百年内的科技水平进行太阳系内的宇宙战争，那么每一场战斗都要做好破釜沉舟的准备，取得胜利才有活路，战败了绝对没有退路。

略吐槽一下觉得激光会是以后宇宙战争主要武器的童鞋。

• 激光的“高方向性”不是说激光器打出来就是绝对的平行光，而是因为激光从谐振腔出来以后近似平行，而且由于单色性好，所以容易利用光学器件聚焦。但是，既然我们的加工精度不能保证得到绝对的平行光，那么在经过了很长的距离之后，光斑仍然会扩大到（作为武器）不可容忍的程度。典型的，测地月距离的时候射向月面的激光落点的光斑有千米级。
  
• 即使我们获得了绝对的平行光，仍然有一个严重的问题就是发射激光的平台其指向性是受到非常多因素限制的。如果以发射点为圆心来计算的话，在10千米的距离上，每0.1度的指向误差都会导致落点17米以上的偏移。更不要提有些人很喜欢玩的“XX光秒”距离的交战了。你能打得到敌人吗？
  
• 激光是一种光（废话）所以具有光的一切特性，很容易被散射、折射和反射，良好的镜面可以反射掉90%以上的激光能量（激光机上用的反射镜能反射掉95%甚至更高）。
  
• 激光的杀伤方式是使照射点温度升高以破坏照射点结构或内部的设备，那么反过来说就是良好的散热系统和避免激光长时间聚焦于一点即可有效避免装备受到激光的破坏。想象一个不断旋转的带散热系统的高反射率伞状护盾，基本可以无视激光武器的伤害了。
  
• 想得到高功率和高持续时间的激光，非常、非常、非常、难。
  

请看太空战模拟器——死球孩子
《Children of a Dead Earth》（简称CDE）2016年9月在Steam上发售的超真实的太空战斗模拟游戏。


它的轨道规划。和KSP（坎巴拉太空计划）基本相同，它也是使用轨道规划器进行变轨操作。不过它的轨道规划是四维的，除了3个方向维度，还有一个时间拉杆，可以前后微调执行时间。



与KSP不同的是，它的轨道预览可以变更参考系。除了以围绕的中心天体为参考系之外，还能以任意目标为参考系，直接显示与该目标的相对位置变化轨道。这在进行轨道交汇的时候非常有用。在CDE中，飞船不能手动驾驶，只能使用轨道规划器来变轨。它采用了积分算法计算轨道，所以可以模拟推进器长时间开启的状态下的轨道变化，并不像KSP那样开启推进器时就无法加速和规划轨道了。



长达数小时、数天的持续推进变轨也可以在一瞬间完成。CDE中采用了真正的多体引力模拟，围绕拉格朗日点的8字形轨道也是可以实现的。


作为太空战斗模拟，与目标交汇是非常重要的。CDE的轨道工具中提供了一些快捷的辅助功能，除了圆化轨道这种操作之外，还有匹配目标轨道、飞跃目标、拦截目标等功能，可以自动生成一系列变轨机动并执行。




在开始交战时，就会从轨道界面切换到战斗界面。


在轨道上的战斗，双方的相对速度通常都有数百米每秒甚至数千米每秒，相距几十公里的一阵对射，通常会在几十秒内结束战斗。因为战斗基本是在轨道上擦肩而过，所以战斗中可选的命令不多，基本只有调整飞船朝向、向某方向持续加速等命令。各炮塔会根据双方的速度和加速度自动进行射击。


可以选择瞄准敌人的某个模块进行攻击。


目标的装甲损坏也精确到每平方米


被大量火力轰击成筛子或断成两截也是常有的事。
这游戏实际上最出彩的地方在于设计，因为无论是引擎、反应堆、还是武器，都有很多的参数可以调整，可以设计出任何引擎，并用某种模拟来计算贴近实际的引擎功率、推力、isp，等等。
游戏的作者之前好像说这只算是proof of concept，离真正成为游戏还有一定的距离（确实是，光凭画质就说不过去。。）不过对硬科幻迷来说确实已经比较优秀了。
作为一个太空沙盒模拟游戏，自己造船当然是不可或缺的功能。



和KSP相比，CDE的造船相对简单，燃料箱、发电机、乘员舱等部件只能纵向堆叠，不可横向放置。所以船身的设计只能是“串糖葫芦”一样的调整各个模块的前后位置，不能调整左右位置。炮塔、散热片等部件大部分都安置在船体侧面。所以很多太空战舰都像二战的战列舰一样，用侧面对敌的方式对射。和KSP最大的不同是，舰船必须要考虑散热问题！KSP中的太空船，最重要的能量来源是太阳能电池板。而CDE中，能源依靠核动力发电机，不需要太阳能，但发电机都必须要搭配散热片！那些好像太阳能电池板的东西其实都是散热片。每个乘员舱也要有散热片，磁轨炮、线圈炮要有散热片，激光炮更是散热大户。不同的部件可能有不同的工作温度，因此是不能共用散热片的，否则温度高的部件会传热给温度低的部件，使得温度低的部件不但无法散热反而会被加热。而工作温度越低，散热片的热辐射作用越小，所以同样的功率下，温度低的部件反而需要更大面积的散热片。散热片是不可能包裹在装甲内的，必须立在表面，并且周围还不能有阻碍，否则散热效率下降。所以战斗中击毁对方散热片就成了一种非常有效的战术。
一艘能够独立作战的宇宙战舰，人员配置需求很高。不像KSP一艘飞船只要几个人就能驾驶，一艘续航时间数个月的宇宙战舰，需要数十人才能运转。船长、大副、文书、后勤、厨师、军医，通信、导航、传感器、生命维持系统，反应堆、推进器的维护人员，各种武器炮手，都是不可或缺的。通常一艘船40~80人是正常配备。






下面说到重点了！最有趣的是，它的模块设计。推进器、发电机、各种炮塔武器，它们的性能都不是凭空编出来的，而是根据设计的材料参数计算生成的。


一个核反应发电机，需要配置燃料棒、控制棒的材料和尺寸，冷却剂的选择，冷却泵的材料、尺寸、转速，热电偶的材料和尺寸等。每个部分都有数十种现实存在的材料可选，每种材料都有不同的密度、受力强度、耐热程度、价格等参数。将各个参数进行优化搭配才能做出性价比最高的部件来。
核动力推进器，除了调整反应堆的参数之外，还要设计燃烧室的尺寸，调整喷嘴的材质、角度、长度、厚度，还有转动机构的材质和尺寸。综合这些就形成了一个推进器的推力和喷射速度，以及转动速度等性能参数。


一门磁轨炮，可以设置炮管材料、长度、厚度、口径，设置子弹的材料、重量、尺寸，电容器的材料和尺寸，装填机构的功率，设置炮塔的装甲材料厚度，炮塔转动机构的材料和尺寸。综合这些参数，生成炮塔的初速、精度、炮塔转速等性能。


游戏中的一切都力求做到最真实。宇宙中没有空气不能传递声音，所以游戏中敌人被击中爆炸都没有音效，自己被击中能听到从船内结构传来的碰撞声。推进器在宇宙中不会喷出火焰，喷出的气体呈圆锥形扩散，并且锥形的角度与喷出物质的声速有关，锥形气体还会根据真实的折射率让光线产生扭曲。激光在宇宙中不可见，激光炮开火只能看到目标身上被烧灼飞溅的火花。各种实弹类武器根据选择曳光弹材料的焰色反应，呈现出各种颜色。


除了实弹武器、激光武器之外，另一种重要武器就是导弹了。


导弹可以搭载破片弹头，也可以搭载核弹头。


太空中没有空气，所以核弹爆炸不会有冲击波，只能以高温伤害敌方装甲。核弹爆炸需要一个复杂的过程，所以多枚核弹是不可能连锁爆炸的，一枚核弹爆炸只会把周围别的核弹炸坏失效。所以100枚核弹同时攻击一个目标，结果只等于1枚核弹会成功爆炸。


炮塔除了发射弹丸，也可以用来发射任何东西。你可以制造炮射导弹，甚至炮射核弹、炮射无人机。炮台可以是磁轨炮、线圈炮，也可以是火药炮。但是火药武器炮塔被击毁会引起弹药殉爆，直接在自己船身上炸出一个大窟窿，甚至炸成两截。
官方预告片视频：https://www.bilibili.com/video/av6761306/视频：#(null) https://www.bilibili.com/video/av6761306/


网友评论，这个游戏叫做Children of a dead Earth也是真的非常应景，不仅因为游戏中地球因为核战争引发核冬天成为了一颗死球，还因为人们都已经丢掉自己土生土长的家园了，还在拿低的可怕的技术水平互相争斗。游戏中的技术水平可能只比现在先进不超过20年，如果现在现实中火箭全部换成直通太空的传送门的话，我想造出来的战舰也就是游戏里这样。化学引擎普通又现实的推力和比冲，核动力火箭也仅仅是裂变驱动，比冲最高也没有超过化学多少倍，为了保证dv只能选择堆燃料凑干质比，结果导致成千吨成千吨燃料舱的出现，即使对于这样的行星际战争来说也是相当于爬一样的效率，更像是一群乳臭未干的孩子刚从家里被丢出来，连落脚的地方都没站稳就想徒手爬上大楼然后在上面拿石头丢对方，游戏中这种科技与场景的极大落差更是这个游戏叫做Children of a dead earth
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