The Expanse的瑕疵

值得称道的是，他没有质疑她。就在一瞬间，重力消失了，“罗西”的爱泼斯坦引擎推力降到零。她的抗压座椅猛地撞向一侧，姿态机动推进器带来的剧烈旋转把他们甩了过去。安装在龙骨上的定制轨道炮开火时，整艘船都猛地一震。那是“罗西”唯一一件不属于火星轻护卫舰标准配置的武器。旋转继续，直到他们重新回到原来的航线上；随后，爱泼斯坦引擎重新启动，十个 g 的加速度把她狠狠压回座椅，同时反向推进器消除了旋转。

—— The Expanse: 6 Babylon’s Ashes

我已经不记得是如何了解到《The Expanse》（苍穹浩瀚，太空无垠）这部美剧。刚开始的时候，我对它也没啥感觉，似乎那就是一部冒险类的美剧。现在回头看，可能是因为它太真实了。当一部科幻作品真实到我这个老科幻迷差点没把它当科幻，说明我对于科幻的认知又回到了少儿时代。这部剧（和藏在它背后的一整套作品）让我突然之间明白，太空歌剧作品也可以建立在真实的已知的物理学基础之上，而不是拿“设定”来堵上各种无法自圆的漏洞。在晦涩乏味的真实物理学面前，想象力是永远是最大的羁绊。

真实的世界是最无趣的。当科幻创作者把自己限制在真实世界里的时候，他会面临巨大的挑战。库布里克和他那伟大的《2001》¹让几乎每一个观众陷入沉睡。所以，妥协是不可避免的。我们会在网上看到很多关于《The Expanse》在物理、技术、工程等等很多方面的问题。谈到《The Expanse》科技背景的几乎每一篇文章，每一条视频，都会在一开头就讲述太空战舰没有几千平方米的散热片是多么不科学²，或者“Epstein Drive”（爱泼斯坦推进器）的比冲³要求是多么不现实，等等。不过，想象一下，一艘战舰，像只蝴蝶一样展开几千平方米的两片翅膀拼命地进行着剧烈的机动，观众显然不会买账的。而两艘战舰按照物理学，缓慢而优雅地相互追逐，观众肯定也不会喜欢。所以，“设定”就成了救命稻草。

《The Expanse》的确有不少违背现有已知物理学的“设定”。不过，并不是散热片。比较明显的一个问题是，在没有未知“黑科技”的支持下，轨道炮⁴是无法作为主炮用于作战的（确切地说，是没有实用价值）。 这个说法有些违反直觉。但是，它却是物理学带来的结果。我大概能猜到作者们的想法：既然要真实，并且符合物理学，那么引入现代已经接近成熟的武器，自然是非常安全的。不过，显然他们没有真正仔细计算过。

现在人类在地球上用的主要武器，按照作用机理差不多就是：1、动能：子弹、穿甲弹等等；2、化学能：榴弹、炸弹等等；3、核能：原子弹和氢弹。其他的化学武器和生物武器之类的使用条件都比较苛刻，通用性不强，在太空里也没法用，这就略过。这三种类别的武器里面，化学能在太空里作用很小。因为太空里没有空气，炸药的那点能量无法传播。最终只能退化到动能，依靠爆炸推动弹片攻击目标。不过，无论是单片数量、还是杀伤力，都削弱很多。核弹比化学能稍微好一点。没有空气传播冲击波，但是有辐射。核弹产生的各种类型的辐射能在近距离上产生强烈的杀伤。但是，杀伤力随着距离以平方反比的方式迅速下降⁵。或许核爆产生的强烈电磁波烧毁电子电气系统的能力还更强些。在更远的距离上，核弹杀伤力可能还不如炸弹。因为核弹爆炸时基本上就把自己气化了，没有够大的弹片来传递动能。

于是，最后真正有效果的就只有动能武器了。在当今军事装备里，动能武器里威力最大的，应该就是轨道炮了。现在的轨道炮能够把一枚10kg的弹丸加速到差不多2.5km/s的速度。弹丸能够携带着30MJ的能量扑向目标。能够打击200海里外的目标，穿透任何坦克装甲。在虚空的太空中，轨道炮显然是更恰当的武器。

凭直觉是这样。不过，我们得算。《The Expanse》的背景里，人类已经扩散到了大半个太阳系。月球上形成了城市群，成为了地球的一个“外省”；火星上已经住满了人，成立了独立政权；小行星带里，人类住满了能住人的小行星；甚至在木卫三上建立了粮食基地。这就意味着人类的活动范围将以百万公里为单位计算。在这样的空间尺度上，在这样的经济关系下，太阳系大小各天体之间的往来都可以在数天到数周的时间内完成。简单算一下就能知道，飞船需要以0.1～0.3g⁶的加速度持续航行，才能满足需要。在《The Expanse》里，这不是什么问题。背景设定里，各类飞船在爱泼斯坦推进器的帮助下，都能随意达到2、3g以上的长时间加速能力。甚至连庞大笨重的运冰船都能给人带来难以坚持的过载。再简单计算一下还能知道，哪怕0.1g的持续加速的情况下，中途最大的速度将会达到几百km/s。

举个例子，一艘战舰以对人最友好的加速度1g加速，半小时后达到17.65km/s。我们再换一个更贴合《The Expanse》设定的加速度——5g。在《The Expanse》中，战舰具有极强的加速能力，强到把人紧紧地按在座椅上，需要依靠外来的药物激励才能保证正常的呼吸。5g是达到这种效果的底线。5g加速10分钟，可以达到29.42km/s。现在，我们再回过头看轨道炮，2.5km/s，是不是显得很可笑？

当然，事情没那么简单。如果目标以30km/s的速度直直地飞过来，哪怕在它的路径上放一颗静止的弹珠，只要撞上就能造成很大的破坏（高速下，谁撞谁已经不重要了）。所以，我们可以通过仔细的计算，得到一个合适的发射角，用2.5km/s发射一个弹丸。这颗弹丸可以同目标在同一时间到达空间中同一个点。这就命中了。

接下来，更复杂的情况来了。假设目标的飞行方向垂直于射击线，并且计算出来的拦截点在100km外，2.5km/s的弹丸需要飞行40秒钟。目标在发现你的弹丸出膛的时候，开始拼命加速，比如用5g。在弹丸到达预计拦截点的时候，目标的速度比原来高出1.96km/s，并且已经越过拦截点39.2km。即便目标用非常温柔的0.1g加速，届时也已经增加了39.23m/s，已经在784.5m之外了。如果目标更加机敏，它还有更有效的办法——稍稍改变速度方向就可以更轻松地躲开攻击。2.5km/s显然不是一个合适的战斗速度。

我知道，我知道。在《The Expanse》的时代，核聚变都已经上天入地，轨道炮怎么可能只有区区2.5km/s呢？这话不错，所以我们的讨论必须要调整。怎么调整呢？不太容易。我们不可能确切知道未来世界的技术水平，没法确切知道那时候轨道炮的技术性能。不过，我们有办法。

其实，不复杂。面对《The Expanse》我们有一个锚⁷——核聚变。在那个时代，核聚变非但已经实现、投入实用，而且还达到极高的效率，能让飞船长时间往返于太阳系的各色天体，如同我们现在的海上船舶。我们可以通过分析和计算明确达到这样的水平所需的技术水平。很显然，那个时代的轨道炮技术也应该达到相当的水平。实际上，轨道炮跟核聚变会共享不少相关技术，比如超导、高能脉冲电源、热管理、高端材料等等。所以，根据《The Expanse》背景时代的锚点技术来推测某一项事物的特性，是颇为扎实可靠的。为了方便讨论，我将这种方法称为“时代平行比较”。

不过，还有个问题。我们如何知道锚点技术确切的水平呢？有两个参考点：第一，达到时代背景中所描述的锚点技术所需的水平。比如，我们可以从Epstein Drive的描写上推断出它的技术指标，然后通过分析和计算获得相关技术所需要的水平。第二，为了防止推断的结果过于乐观，需要通过更加严谨的方法做独立分析。这种方法先把某项技术当前的水平作为锚点，然后从已知的物理学上推导出它的极限。最后，根据技术发展的一般性规律，推测时代背景下被讨论技术能在多大程度上接近物理极限。两个方向结合起来，可以比较确切地框出一项技术的相对可靠的水平。这两个参考点所用的方法，我分别称其为“设定解析”和“未来三步评估”。

如果《The Expanse》的时代成真，电磁炮究竟能够达到什么样的水平？这个水平是否能够满足书/剧中所描述的战术场景呢？我们抄起未来三步法评估法、设定解析法和时代平行比较法来具体分析。

首先，我们得把轨道炮拆了，具体分解成若干可以分析的组成部分。轨道炮肯定有轨道，对吧。两根长长的平行轨道，弹头夹在轨道之间，输入巨大的电流之后，在电磁力的作用下飞出导轨。然后还有供能系统，包括电源、开关、汇流、诊断控制等等系统。再有炮弹。再有支撑结构。再有热管理。最后还有诊断和控制系统。

这些系统投射到时代背景下的核聚变系统上，我们就大体能知道轨道炮的技术水平。这里面涉及到超导电磁体的发展、储能技术的提升、开关和能量释放控制的进步、承力结构的强化等等方面。经过一系列的反复推演、计算和修正，我们大致可以确定，在《The Expanse》的时代背景下，电磁炮能够把1-5kg的弹头以70～100km/s发射出去。这很好，不是吗？没那么简单。首先，《The Expanse》里面说的是轨道炮，不是电磁炮。这是有差别的。具体来讲，轨道炮是电磁炮的一种。是最简单的那种。现实世界的物理学中，轨道炮有两个大问题。一个是轨道炮在理论上就是低效率的，通常只有50%的电能可以被转换成弹丸的动能。理论上倒是可以通过调整电流的变化曲线，比如弹丸出膛时电流正好是0等方法，把效率提高到50%以上。还可以在弹丸出膛后通过某些装置回收残余的磁能。不过那都很难，并且和弹丸的电磁推力需求相矛盾。再一个问题，就是更加致命的。轨道炮的弹丸必须接触轨道。它必须要有一个电枢在导轨之间形成回路。通常使用的是等离子体电枢。等离子体有强烈的侵蚀性，会不断刨削轨道。目前的电磁炮的轨道打那么几炮就废掉了。这也就是轨道炮在经历了几十年的发展后，始终没能投入实用的核心原因。在未来的时代背景之下，材料肯定会有长足进步。但是，这些进步更多的是集中在强度、硬度之类机械性能方面的提升，顶多在抗化学腐蚀性方面有很大的升级。但在面对1、2万度的，带有强烈侵蚀性的等离子体的时候，物理天花板是很低的。轨道炮弹丸的电枢本质上就是一道承载着上千万安培电流的电弧，会不断熔化、蒸发轨道材料。等离子体中四处乱窜的高温离子会疯狂冲刷轨道表面，将其激发成一层炽热的电浆。等离子体本身导电性很不错，但是它跟轨道的界面上会有电阻，在上千万安培的电流下，丁点电阻都能释放出足够融化，甚至气化，任何物质的热量。总而言之，轨道炮在理论上就存在一众天花板，重重的压在它的应用前景上。未来的材料技术发展，也只能在一定程度上缓解这些问题，却无法解决它们。

轨道炮是没戏了。但电磁炮还没有完蛋。还有其他很多种类的电磁炮。比如说线圈炮、感应电磁炮等等，都在电磁能利用率和非接触特性方面远远好于轨道炮。不过，它们对弹丸的加速能力不如轨道炮，结构也更复杂，往往需要多级串联的结构，在供能和控制方面要求高很多。现在我所知道的电磁炮中，有一类具有超越其他两位的能力。这就是“电磁重接炮”（EM reconnection gun）。这是一种非常特殊的感应式电磁炮。它的基本原理是，把一个具有很强抗磁性的物体，比如铝块或者铝片，塞进一对电磁体之间的时候，瞬间启动一个强磁场，磁力线会被这个物体阻挡。当物体稍稍前移的时候，一些原本被分割磁力线会重新连接。磁力线连接的过程中，电磁场会将能量传递给物体，变成它的动能。它具有很高的电磁能利用率，单位尺寸和质量下的电磁力强度，虽然不及轨道炮，但还是远远高于其他类型的感应电磁炮。它也不需要电枢，没有接触，也没有等离子体的侵蚀。它不只是无接触，它在弹丸偏移磁场中心线的时候会产生强大的反向推力，让物体回到中间。这个特性对于高过载状态下的射击，以及炮管的准直性要求方面，有很大的益处。它还天然具备磁能回收能力，可以将那部分没有传递到弹丸上的磁场能量重新回收，储存起来。它可以在《The Expanse》时代的诸多核聚变技术，比如高温超导强磁体、大容量高功率储能设备、高精度电能控制系统等等的加持下，应该能够成为满足太空作战需要的动能武器（把1-5kg的弹头加速到70～100km/s）。

轨道炮满足不了需求，必须得是电磁炮，特别是电磁重接炮。所以，我们可以认为，《The Expanse》宇宙里，“轨道炮”应该就是“电磁炮”的俗称，至少里面的人们（还有作者）是这么认为的。我们有证据：作品中有时会把railgun称为gauss gun。gauss gun实际上就是coilgun（线圈炮）⁸。好了，这下该是没问题了吧？不！有问题！有拖后腿的：电磁炮本身是没问题了，拖后腿的是炮弹！

我特地去找了一下《The Expanse》里的各种战舰的轨道炮的尺寸。多数战舰的电磁炮都没有具体的尺寸数据，其他的只能靠推算。炮有多粗不重要，我们只关心炮长。因为炮弹只沿着电磁炮的长度加速，炮长决定了炮弹能够获得多少速度。有明确炮长数据的只有Scirocco-class assault cruiser（Scirocco级巡洋舰）。这船有200m长，装一门V-14 “Stiletto”轻型炮，炮长32m。另外，在第六册/第六季中出现的Ring Station固定轨道炮（可以理解为超级岸炮），长230-250m。简单起见，我们只看战舰上的电磁炮。除了这些以外，还有些可以估算出来的电磁炮尺寸。我们的明星主角——轻型护卫舰/巡防舰“Rocinante”，舰长46m，装载的电磁炮估计应该在20m上下。不可能更长了，因为在Roci加装了电磁炮之后，舰体中后部的工程舱和货仓都没有明显的变化（这能从电视剧的画面看出来）。所以她的电磁炮长度不会超过舰体的一半。

对于20m的轻型电磁炮，不能要求它有多强的炮口动能。所以，我们选定1kg的弹丸，出膛速度50km/s。简单计算能得到：炮口动能1.25GJ，相当于299kg TNT当量；整个发射过程平均加速度$6,250,000 m/s^2$，大约635万g；加速时间0.8ms；平均推力64.5MN；功率$1,000,000,000,000 W$；后座冲量$50,000 N\cdot s$（开一炮能让Roci减速0.0105m/s）。这里有一个耀眼的数字——635万g。g是重力加速度。也就是635万个重力加速度。在这个加速度之下，一粒1克重的豆子，会产生6350吨的重量。相当于在地球表面，一艘6350吨的大船压在豆子大的面积上。

这下子就清楚了，眼下没有哪种材料能够承受住这个加速度下产生的应力。实心的也不行。在《The Expanse》时代，核聚变反应堆对与强磁体提出了很高的要求。聚变反应堆所需的强磁场会对磁体产生了很强的反作用力，进而要求支撑结构材料具有远超现在的强度要求。要知道625万g相当于是一发1000m/s的步枪子弹击中装甲钢板，被压扁破碎时受到的冲击力！根据核聚变反应堆的材料要求可以反向推导得到的结果表明⁹，即使到了那时候，也需要用最尖端材料和工艺才能勉强满足这类弹药的强度需求。比如，高强度的纤维增强的高熵陶瓷。通过纳米级、分/原子级的3D打印，精确地将材料分子/原子组织成所需的形态的，一体成型，构成弹体。同时，将那些抗磁材料（与电磁场相互作用，对弹体产生推动力的材料）做成几～几十微米级颗粒，以设计好的密度嵌入到整个弹体中。而且，抗磁材料与弹体材料必须渐进融合在一起，避免两种材料的界面上产生各种应力。显然，这种要求下，抗磁材料也只能在打印弹体的时候，一并打印进去。

《The Expanse》在材料方面似乎非常保守。作者们把Roci的电磁炮出膛弹速压低到了9.98km/s，弹丸重量也设定在2磅的钨弹丸（剧里面设定的是1kg）。这也算是合理的设定。毕竟把前面说的这些原本用在反应堆核心的高端材料，用在炮弹这种耗材上，实在舍不得。但是，“舍不得”的结果有些尴尬。

还是前面计算的那个案例，我们用新数据重新算一下。方便起见，炮弹速度四舍五入到10km/s。拦截点还是在100km距离上。这下，炮弹到达拦截点的时间变成了10s。10s时间内，目标还能做些什么对抗？目标还是按规定动作来：在发现你的弹丸出膛的时候，开始用5g拼命加速。在弹丸到达预计拦截点的时候，目标的速度比原来高出0.49km/s，并且已经越过拦截点2.45km。还是打不着。那么，目标用温柔的0.1g加速呢？速度也增加了9.8m/s（注意是m/s，不是km/s），并且在49m之外了。如果目标是Roci这样的小型战舰，基本上是打不中的。如果目标是100～200m的大家伙，命中还是可能的。所以，小说里也的确是把轨道炮作为百公里级别的近战武器¹⁰。

百公里就是近战了？这个你得看在什么场合。这个距离即使放在现在，大体上算一个不远不近的距离（近程导弹、远程火箭炮、滑翔炸弹都能覆盖这个距离）。然而，在未来的太空里，战舰是可以轻而易举地在几秒钟跑完这个距离。在太空时代，1000km以下的都属于“地板技”。为什么这么说？如果目标在仍旧在100km的距离上。就在你开炮的时候，目标开始以5g加速朝你冲过来，即便是中了一炮，炸开了花，四散的碎片也能以500m/s的速度撞在你的身上，躲都躲不开¹¹。

回过头，我们再算一下50km/s的炮弹速度会怎么样。弹丸速度快了5倍，那么到达拦截点的时间也缩小了5倍。也就是2s。2s时间，目标横向以5g加速，速度只增加了98m/s，距离98m。也是只能勉强打中100m以上的大型战舰。0.1g加速就不用算了，显然是躲不过的。换句话说，哪怕在100km这种贴身肉搏的距离上，用50km/s的炮口速度发射的炮弹，也只能勉强打击大型目标。

《The Expanse》的设定中，电磁炮/轨道炮属于中近距离战斗的武器。但是，从上面的分析来看，只要目标距离在100km以上，目标横向加速度超过0.3g，打中目标也完全得靠对方的配合。即便是我们这里自由发挥出来的50km/s，也难以将电磁炮的交战距离外推到500km以外¹²。所以，在剧中，我们基本上只会看到电磁炮朝迎面冲锋而来的敌舰射击的场景。哪怕在近距离射击，只要对方警觉，也很难打中目标¹³。

电磁炮还有一个问题——过穿。一样武器并非威力越大越好。武器最佳的威力是能够刚好将所有的能量存留在目标内部尽可能深的地方。而电磁炮的弹丸强度很高，在撞击目标的过程中，会一路穿破各层舰体结构。弹丸的确打穿了整条船，但是却没有把能量留存在船体内。除非直接打中几个关键的部位¹⁴，否则基本不会对战舰产生明显的破坏。在《The Expanse》中，Canterbury号的幸存者登上了Donnager号。随后就爆发了一场战斗。一发电磁炮弹穿过了他们所在的舱室，不幸的Shed正巧在炮弹的路径上，被销掉了脑袋。炮弹显然以很高的速度穿过舱室，除了把可怜的Shed脑袋削掉，并且留下了一对造成空气泄漏的弹孔外，没有造成其他的任何破坏¹⁵。反观鱼雷的破片，一大把1、2kg重的，相对柔软的碎片，以10、20，甚至30km/s的速度一路冲进舰体，穿透层层舰壳和结构的同时，自身也不断破碎、溅射，最终将大把的能量留在了舰体内部。对于舱室及其内部的人和物产生巨大的杀伤。

作为一个爱好军事的科幻迷，我在得到上面那些结论之后，仍旧相信电磁炮在《The Expanse》里还是有机会的。我想到的办法，就是制导炮弹。如果炮弹能够追踪目标，在目标躲避的时候也能跟着机动，那么就可以确保打中目标……吗？可以，但是有条件。条件就是炮弹的速度要够快。炮弹只有够快，才能“按时”到达目标跟前。“按时”？在太空中，广阔的空域里，炮弹不会掉到地面上，不会有空气阻力把它减速到0，为什么还需要“按时”？个中缘由颇为复杂，需要慢慢解释。

在前面的案例里，目标是在做加速（或者减速）运动。而且，它还会改变方向。如果电磁炮发射了一枚制导炮弹，这颗炮弹能够跟随着目标的运动不停地修正飞行的方向，直到击中目标。但是，需要注意的是，制导炮弹的机动来源于它上面的推进器。炮弹带着很高的速度飞向目标。所以，只需要推进器推动炮弹横向移动就行了。推进器推动炮弹需要消耗燃料。如果目标运动的比较剧烈，炮弹上的推进器耗尽了燃料也没能跟上，这就打偏了。如果炮弹发射速度很高，飞到目标跟前的时间很短，目标机动的范围就没有那么大，炮弹就能在耗尽燃料之前取得命中。反之，则炮弹会在飞行的途中失去动力。

所以，当炮弹速度是10km/s，拦截点距离100km的时候，目标以5g机动，10s里会获得0.49km/s速度增量。推进器则需要推动炮弹横向增加0.49km/s的速度，才能与目标同步。当炮弹速度提高到50km/s的时候，目标仍旧以5g机动，2s里只获得了9.8m/s速度增量。炮弹的推进器也只需要推动炮弹横向增加9.8m/s的速度就能命中目标。如果炮弹的推进器只能提供0.3km/s的横向速度增量，那么在用10km/s发射炮弹的情况下，打不到5g机动的目标的。但在50km/s发射速度的情况下，就能轻而易举地捕捉，并且命中目标。很显然，即使是用了制导炮弹，发射速度也是越快越好——只要电磁炮做得到，受的了。经过仔细计算，我们差不多可能认为，电磁炮在配备制导炮弹的情况下，面对距离5000km以上，具有5g加速能力的目标时，50～100km/s的发射速度是合理的选择。

这下，又回到了“昂贵耗材”的方向上去了。但是，跟物理问题比起来，成本是个（钱能解决的）小问题。炮弹要制导，需要在炮弹上增加传感器、计算和控制装置，以及推进器。这种推进器是不是飞船上的那种大型的、装在尾部的推进器。它是分布在炮弹四周的小型推进器，主要推动炮弹横向移动。这些小推进器必须要有足够的推力，让炮弹能够追上目标的加速度。同时又必须有足够的比冲，以获得足够的$\Delta v$¹⁶。此外，小推进器里的燃料必须“自带能量”，不需要额外的储能设备为它供能。最后，小推进器和里面的燃料必须足够坚固，能够扛住几百万g的加速度。

这最后一条要求，是最致命的要求。即便到了核聚变满天飞的时代，能够填充在炮弹里的推进剂，也很难具备抵抗几百万g加速度的能力。想象一下，把一节推进剂用步枪射到钢板上还能够保持完整，不能有一点碎裂！不光不能碎裂，还不能被点燃！这实在是有违物理学。等一下，为什么要用固体燃料？液体不行吗？液体不会碎啊！液体是不会碎。但是，在几百万g的加速度下，液体也会对容器产生冲击力。当这个冲击力集中到喷口的时候，喷口的密封将要经受极其严重的考验（既要自己承受高g力，还要顶住液体的冲击）。即便喷口密封挺住了，液体燃料可能会产生空泡¹⁷，在内部强烈冲击容器内壁。液体碰撞产生的热量也可能引燃燃料。总之，燃料成了炮弹中最脆弱，最困难的障碍。如果再考虑到各类电子/光子器件，控制部件，传感器的脆弱性，制导炮弹在电磁炮里是没有生存的可能性的。

既然这样，电磁炮基本没有战术价值¹⁸。那么，太空战舰就只有鱼雷这一种战术武器了？这倒也未必。在已知物理上更适合太空作战的武器是激光炮。激光炮属于能束武器，通过一束光子将能量传递给目标。自从上世纪60年代，激光诞生时刻开始，人类就一直想把它做成武器。从1990年代的ABL（Airborne Laser）到现在的各种紧凑型高功率激光武器，再到最近以色列人的Iron Beam（铁束）的实战首杀，虽然威力不大，只够打下一些炮弹、火箭弹、小导弹、无人机之类的轻型目标，但是一直在稳健地进步。

在我们这个宇宙中，没有什么已知东西比光更快。这就意味着，一门激光炮向你射击的时候，当你看到光束，就表明你已经中弹了。大部分关于高能激光武器的书籍和文章，都会列出一大堆激光武器的缺点。比如，容易受天气影响，空气被激光加热后会扭曲光束，能量还太低，对于高反光率的目标的杀伤力很弱等等。不过其中很多问题在太空中是不存在的。太空作战里，激光武器最主要的难点是光束能量、杀伤效应和光束精度。现在的激光武器集中在红外线波段，主要通过加热目标外壳，将其烧穿，破坏其结构完整性。这种杀伤机理非常薄弱。目标简单地旋转就能分散激光束的能量，提高表面反射率也能反射掉大部分光束能量。光束直径越小，能量密度越高，杀伤力越大。但是，受限于红外线的波长和发射装置孔径尺寸，照射到目标上的光斑存在理论上的下限¹⁹。光束发射系统的瞄准精度也影响着目标上光斑的大小和稳定。这些问题综合起来，导致激光炮很难在太空中远距离使用。

然而，激光炮的物理天花板远远高于电磁炮。光子一诞生就以光速飞驰，几万km也都是眨眼就到。目标根本没有机动躲避的余地。光子之间没有作用力，不会相互干扰。这意味着一束光里面的光子数量没有上限。或者说光束的能量没有上限。激光炮的发射没有加速问题，没有后坐力问题，没有炮管损耗问题。总而言之，但从物理特性看，激光炮几乎是完美太空武器。可是，前面提到的那些缺陷怎么办？不解决的话，再完美也没法成为武器。放心，只需要一招，就能搞定这些问题——波长。根据光量子理论，光子的能量取决于光子波长。波长越短，能量越高。能量越高，破坏性越大。光子能量的计量通常用eV（电子伏特）²⁰作为单位，下面表格包含了各波段的光子能量：

表格最下面两行是最凶猛的光子。能量巨大，具有打飞电子，击碎原子的能力。是最适合用作武器的波段。但是，要用它们做激光，很难。X射线和$\gamma$射线穿透里很强，几乎没有光学系统能够对它们进行折射、反射，更无法进行聚焦。一般的气体、固体、化学、半导体等等激光器都无法产生整个级别的光子。目前能看到的，唯一的候选者是FEL（Free Electron Laser，自由电子激光器）。这种特殊的激光器是让一束密集的电子束以接近光速的速度通过一连串正反交替密集排列的磁场。电子在磁场的作用下上下摆动，摆动过程中就会发射出光子。通过调整电子束的速度、磁场强度和磁场的波动间隔，可以获得不同波长的激光。最短可以一直到硬X射线。FEL的一些衍生类型，甚至可以达到低级别的$\gamma$射线。现在，这类激光器还是非常庞大、低效。但是，可以想像《The Expanse》的时代各类FEL激光炮所需的技术都应当进入成熟可用的阶段，X/$\gamma$射线激光炮可以成为主战武器。因为FEL大量依赖高性能的超导技术、电磁体、高功率射频装置、高强度结构材料等等。而成熟的核聚变反应堆同样也需要这些核心技术。核聚变成熟意味着高能FEL也具备了技术基础。

另外，还有一个更具科幻色彩、更强大的方向——核跃迁。核跃迁的理论基础是核同质异能态现象。这是真实存在的一个物理领域。说的是，一些元素的原子核在一定条件下会进入一个高能激发态。这个高能高到什么程度？一个原子的核同质异能态可以包含从几eV到几百keV的能量，最高能够达到MeV级别。这就意味着1kg这样的物质就能包含几百GJ/kg的能量，相当汽油的数万倍。

核同质异能态并非原子结构发生变化，它是原子核的某些量子状态发生变化，比如自旋、空间形变、壳层组态、角动量等等。当这些量子状态发生某种特定变化时，就能激发原子核进入更高能的状态。大部分原子核进入某个高能状态后，很快就会回到低能状态。高能状态可以维持的时间有长有短，从飞秒到纳秒，一直到几秒、几十秒。少数能够达到分钟、小时，乃至天的级别。有些物质的某种核同质异能态甚至可以维持长达几十年²¹！

核跃迁的行为其实跟普通激光很像。普通激光是依靠一群原子的电子跃迁到高能态，在外部激励的刺激下，一同跃迁到低能态，释放出光子。于是，利用选择合适的核同素异能态物质，将其原子核激发到恰当的状态，维持一小段时间，然后用某种方式刺激它们一同跃迁到低能态，释放出高能光子。这就形成了激光。核跃迁的光子能量高，能量密度高，有希望制造出威力更大、重量体积更小的激光武器。

核同质异能态领域几乎还是一片处女地，目前只是观察到了大量现象，对其中的原理还不甚了解。核同质异能态所涉及的量子状态非常庞杂，各种能级众多，目前已经观察到的现象已经达到几千的级别。这是一个充满应用潜力的领域。或许在《The Expanse》的年代，经过长期的理论研究，人类已经能够精准地把控核同质异能态现象，将其应用到太空战舰上，也是顺理成章的事了。

我不清楚《The Expanse》的作者为什么把战舰的武器限制在鱼雷和轨道炮上，却没有将激光炮纳入考虑范围。或许是因为一旦激光炮成为了主战武器，由于其远程高能杀伤方式，会将战斗外推到几千上万km的光束对轰的形态。基本上就是到了发现即挨炮的程度。突袭将是主要的攻击方式。几乎所有的战斗都会变成隐匿突袭，或者高速冲锋后的截击作战。没有缠斗、没有追逐。太空战斗将成为精于算计的，偷偷摸摸的冷枪冷炮行动。一切索然无味。但是，这就是真正的未来战争，一切本质都将回归到数学和物理的对抗。

这篇文章是一个引子。它将引出一个庞大的系列文章。我将其命名为《太空战术指南》。在这个系列中，我将基于现有的、已知的、真实的数学和物理原理，深入研究太空作战基本原理和形态。我将从太空作战的环境、目标、需求等等方面入手，仔细探讨每一个具体环节，逐步建立起一套基于现实的太空战术理论，以及相应的技术和装备理论。