太空争霸⑥：从太空母舰到星球大战2.0 下
“在科幻的视角下，以人性和科学为基石，推演人类走向星际、跨越万年时空、进化出无数外星物种👽大家族的未来史诗！”
大家好，欢迎来到《科幻的逻辑与脑洞》,我是逍遥子。
本期还尝试了小说情节，也更有科幻味道，你喜欢吗
咱这是个系列栏目，如果没看过前面的文章，可能会不知道在说什么
截图挺长，了解内容的可以跳过啊
太空服务区构想截图之一
太空服务区构想截图之二
预习、复习完毕，正文开始
上二期我们解决了太空服务区的“缆绳材料”、“电磁加速轨道”和“能源问题”问题，为解决“动量守恒难题”提供了充足能量
关于“动量守恒难题”，这位朋友的说法极为生动形象
这位朋友的说法极为生动形象
通俗形象正是本号坚持的理念！
本系列特色
关于这个“动量守恒难题”，如果你还想要更通俗、更形象的说法，咱也有，就是大家耳熟能详的：“后坐力”！
射击的后坐力就是动量守恒
解决“动量守恒难题”的方法其实也很简单，就是我们在各种战争片里常听到、看到的一个词“无后坐力”（炮）！
“哥们儿”，炮的“后坐力”你可承受不起啊
“肩扛式火箭”的“后坐力”从炮管后面“喷出去”了
把 “后坐力”从后面“喷出去”！破解之法就是这么简单：既然电磁加速轨道把飞船射向前方，为了维持“动量守恒”，咱们就朝后方也“喷”，于是逍遥子想到了“电动火箭”…
电动火箭
电动火箭也叫电推火箭或者离子火箭，在科幻影视作品中，那种喷着淡蓝色光芒尾焰，炫酷感拉满的就是电动火箭。
科幻影视中炫酷感拉满的电推火箭
这么好的东西并非科幻里才有，现实中早就造出来了。经过数十年的研究和实践，电动火箭已经发展成一个大家族，其中最为成熟的有三种：离子推进器、霍尔推进器和磁等离子推进器。
离子推进器
离子推进器出现的最早，推力也最小，目前在役的离子推进器有几十台，用于卫星的“位置保持”和“姿态控制”。与化学燃料推进器相比，可大大减少所需的燃料，每颗卫星能节省上百万美元。
霍尔推进器
霍尔推进器原理图
继离子推进器之后，又研制出更先进的霍尔推进器，拥有更高的推力密度，比同等尺寸的离子推进器推力更大、加速更快，是当前应用最广泛的电动火箭（推进器）。马斯克的“星链”卫星，以及中国的天宫空间站上都使用了霍尔推进器，用途仍然是“轨道和姿态维持”。
磁等离子动力推进器
磁等离子体推进器原理图
“磁等离子动力推进器”则是当前各航天大国都在争相研究的下一代电动火箭（推进器），拥有比霍尔推进器更高的推力密度，同尺寸的推力和加速能力也更大。
磁等离子动力推进器目前的技术路线有很多，其中最强悍的一个是：“可变比冲磁等离子体火箭 VASIMR”（全称：Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket）。
可变比冲磁等离子体火箭 VASIMR原理图
说起“可变比冲磁等离子体火箭 VASIMR”，它的发明人是一位NASA的前宇航员，毕业于美国麻省理工学院的物理学家、火箭科学家，拥有四分之一的中国血统，爷爷是广东中山人，所以他还有一个中文名字：“张福林”。
NASA前宇航员，物理学家、火箭科学家~张福林
张福林于1979年提出“可变比冲磁等离子体火箭 VASIMR”的构想，后来为此创立了一个公司：“Ad Astra”，几十年来一直致力于这项事业，2015年获得NASA授予1000万美元、为期3年的开发合同，并于2018年完成了测试，之后继续进行着国际空间站实地测试和各种实验。
“老张”的“ VASIMR”据说装在国际空间站的这个位置
电动火箭的特点是：喷速快、喷的少！相比化学火箭每秒燃烧数以吨级的燃料，电动火箭工作一年也往往只消耗上百公斤的材料，火箭就可以做的非常小巧，犹如一枚小巧的缓释胶囊，工作时间超长，速度上限超过化学火箭十倍以上，运载效率和能量转化效率都极高，还特别省钱。
“霍尔推进器”实物，真的是“轻薄短小”
既然电动火箭种类繁多、应用历史也不短了，为啥很少听说呢？各航天大国和马斯克的火箭咋还是在用傻大黑粗的“化学火箭”呢？
不同类型电动火箭的参数对比（看不看都行）
原因是电动火箭的缺点也很突出，由于“喷速快、喷的少”的基本特性，电动火箭的推力特别小，各国几十年努力下来，目前推力最大“霍尔推进器”，中国做到了1牛（相当于2两），美国实验中的X3据说可以达到5.4牛（大约1斤），怪不得大家都只是把电动推进器用于“轨道和姿态维持”呢。
电动推进器就这点推力？！难堪大用啊！怕是“对冲”不掉太空服务区发射飞船带来的“动量损失” 吧？
别急，有办法
因为所有的电动火箭本质上都是用能量把某种“离子”加到极高速，再喷出去获得推力，我们下文就用“离子推进器”统称了，至于将来到底哪种类型的“离子推进器”最好，那是科技工作者的事儿，我们就不考虑了。
“离子推进器”之所以推力极小，除了“喷速快、喷的少”的基本特性外，最重要的原因是：电动火箭携带的“不是燃料”，而是生成尾喷气的“喷料”，没有燃料的电动火箭就需要从其它渠道获取能量。
实验中的电推火箭发出的淡蓝色尾喷气
可是太空中几乎一无所有，航行中的火箭唯一的外部能量来源只有阳光，可是阳光的能量密度太低了，火箭（飞船）上能安装的太阳能板面积极其有限，获取的能量也极小，离子推进器“巧妇难为无米之炊”，推力自然难以提高！
国际空间站重达4、5百吨，却只有0.12兆瓦的电功率
这也是“老张”的“VASIMR”研制多年，即便受到漂亮国NASA的青睐，却也迟迟无法实用化的最关键原因。
“老张”和他的“ VASIMR”实验装置
但是在我们的太空服务区就不一样了，在上一篇，我们专门讲述了如何利用“天基太阳能阵列”解决太空服务区的能量问题（点击阅读：太空争霸⑤：从太空母舰到星球大战2.0 中），算是为本篇解决“动量守恒”问题打好了基础、埋下了伏笔。
下面是上篇文章的相关截图
太空服务区的天基太阳能阵列功率可达数千兆瓦
破解缘由有四
第一：“离子推进器”是各航天大国极为热衷的研究方向，虽然目前只能达到0.1兆瓦级别，相信十几、二十年后，电动火箭的各项性能指标必然得到长足的进步，在天基太阳能阵列澎湃能量加持之下，单个离子推进器的推力达到百牛、千牛级别还是极有可能的。
不同类型电动火箭的参数对比（不看也行）
第二：传统的化学火箭虽然推力巨大，动辄百万牛，但绝大部分其实都浪费了，比如马斯克SpaceX旗下的猎鹰9号火箭，550吨的起飞总重量里，燃料大约占了450 吨，加上燃料箱和发动机本身之类，真正的有效载荷只占总重量的不到5%，大量的燃料和推力都消耗在运送燃料本身上了
SpaceX旗下猎鹰9号火箭的参数（不看也行）
我们的太空服务区就完全不存在这些问题，飞船无需携带大量燃料，太空中没有空气阻力，连隔热瓦都省了，总重量就是有效载荷，能源、推力都来自服务区，推力需求下降数十倍，直接“躺赢”。
第三：我们的太空服务区的天基太阳能阵列功率可达上千兆瓦，再加上超大规模储能手段，可以支撑成百上千的离子推进器同时工作，合力惊人。
第四：即便某种原因，成百上千的离子推进器同时满负荷工作，都不足以完全抵消发射飞船的动量损失，也可以在不发射飞船的时段，开动离子推进器，把服务区的轨道推高一点，由于太空服务区的质量超过飞船的上万倍，所以只需推高一点点，就足以补偿后续飞船发射带来的“动量损失”，对服务区的方方面面不会产生影响，以平方公里计的天基太阳能阵列有的是源源不断的能量。
本质上看，飞船是被太空服务区上成百上千的离子推进器，用若干平方公里的天基太阳能阵列的巨大动力，联合射向深空的，这个合力的作用时间甚至可以是超过电磁加速轨道的推进时间。
所以说，太空服务区对冲电磁加速轨道发射飞船带来的“动量损失” 没问题 。
为了更好的了解硬核的解读，让我们一起想象一下如下场景
巨大的太空服务区悠闲地航行在绕地轨道上，如果你眼中没有其它的参照物，偌大的钢铁堡垒似乎是漂浮在通透无垠的太空，纹丝不动。
不知时间过去多久，忽然，星星点点的淡蓝色光焰在钢铁堡垒的各处点亮，犹如夜空中的繁星，太空堡垒的一头有一个光点高速弹出，那是加速驶离服务区的一艘飞船，和钢铁堡垒相比，它是那么的纤细娇小，却又坚毅执着地飞向远方。
同时，那些淡蓝色光焰也变得更明亮，朝着光点高速弹出的相反方向延伸出幽长的尾焰，高速弹出的纤细飞船排成了队列，间隔仅仅几分钟，从太空服务区鱼贯而出，消失在深邃的太空。
那些分布在钢铁堡垒各处的淡蓝色光焰，似乎在以某种规律变换着明暗的队形，巨大的钢铁堡垒纹丝不动，直到所有的飞船驶离，那些淡蓝色光焰也没有立刻熄灭，过了片刻，才以某种有规律的节奏，次第减弱，直至逐渐熄灭。
中国天宫空间站的天和核心舱上，配备了4台HET-80霍尔推力器（上海空间推进研究所研制）
下一个场景
幕布般的太空中悬挂着一盏淡黄色的“孔明灯“，那是一个上半部球形透明的微型太空舱。
她出神地望着近在咫尺的一弯月牙，忍不住伸手去抚摸：“好漂亮啊！”
离子推进器驱动的微型太空舱
他转过头，望着星光下晶莹的眼眸，微笑着说：“你看，从太空服务区酒店租包间，出来太空遛弯的人还真不少，这样远远望去，那些星星点点的“孔明灯”仿佛都融进了漫天繁星里……”
这时，一个不知趣的声音缓缓说道：“苍穹高万里，手可摘星辰。不敢高声语，恐惊天上人。咳咳！不好意思，我改了李白的诗句。”
人工智能AI顿了顿，接着说：“咱们的微型太空舱和太空服务区一样，都是90分钟绕地球转一圈，这也是咱们太空舱标准租期，能看到一次完整的日出日落。二位想多玩一会儿的话，还可以加钟续租，续租八折优惠。”
“不了，改天叫上她们几个一块来，这儿比马尔代夫好玩儿”，她兴奋地说。
“好的，积分已计入两位的账户，太空舱的离子推进器将在5分钟后启动，进入返回太空服务区程序…”AI的语调平静如水，继续说道；
“要说好玩，太空服务区已经成了最热门的旅游胜地，无论是蜜月旅行、亲子度假还是高端商务活动，我公司都有各具特色的套餐。因为不同太空轨道上完全迥异的环境，不同的服务区有不同的特色项目，预订服务区全家福套餐送……”
“想起个事”，他打断AI的唠叨；
“听说太空母舰上的舰载机和咱们这个太空舱发动机是一样的？”
“差不多，不过功率大得多，也复杂得多。”AI似乎想了想，接着说，
“太空母舰有很多种舰载机，它们在母舰上充满电，当然它们自己也有小型的太阳能板作为辅助能源，从母舰上起飞后，能在周围很远的范围内执行不同的任务，比如清理太空垃圾、救援，侦查、监控、打击敌方卫星和空间站之类的，电能消耗得差不多了就返回太空母舰。”
“小型舰载机大多是无人的，由AI操控。另外还有一些大型的舰载机，准确地说，更像是太空驱逐舰之类的，只不过没有母舰那种几十公里长的电磁加速轨道，不能向深空发射远航飞船，体积也比母舰小不少，但也有较小规模的天基太阳能阵列，能源、设备、电磁轨道炮、激光定向能武器，包括发射舰载机的短距电磁加速轨道，一应俱全，能搭载少量的小型舰载机，舰上人员也不少，可以远距离巡航…”
太空航母编队
“那就是说，这些太空驱逐舰和各种舰载机，有人驾驶的，无人驾驶的，一起围绕太空母舰组成了一个大型太空航母编队？”他插话道。
“是的”，AI接着说道：
“一个作战半径广阔、真正三维立体的太空航母编队，守卫着我们的边疆，延伸到广袤星海的无限边疆……”
逍遥世间游
关注我，你会看到更深邃、更震撼的逻辑和脑洞！
未 来 已 来！
星球大战1.0
1983年，时任美国总统里根宣布，为了保美国在美苏军备竞赛中立于不败之地，制定《总统战略防御倡议》，又叫“星球大战计划”，建立外太空武器、激光炮和粒子束武器的研发，用来拦截苏联的核导弹！1985年美国还正式公布了计划细节，囊括了从地面到太空，美国将建立三层防线…。
1983年，时任美国总统里根宣布“星球大战计划”
里根对外称，未来第三次世界大战不在地球上打了，而是在太空上打，也就是太空战。美国决定用20至30年时间，在离地球200－1000公里的太空，建立三层立体防卫体系。既防核弹，又防洲际导弹。里根对外称，美国将投入1万亿美元。
战略防御计划（Strategic Defense Initiative，亦称Star Wars Program）
无奈的苏联只好陪美国一起搞太空军备竞赛，把本来就不多的钱投入到太空武器研发中，最终1991年苏联解体！1993年，美国宣布中止星球大战计划。
但是，美国并没有停止战略防御计划的研究、实验、迭代和部署，并最终初步建成了简化版的“星球大战计划”。
简化版的“星球大战计划”~反导系统（MD）和萨德系统
星球大战2.0
三十年河东、四十年河西，岁月轮回。
2018年6月18日，时任美国总统特朗普下令美国防部立即启动组建太空军（guardians），太空军独立于空军，成为美国武装力量的第六军种。
特朗普表示：美国对地外空间的探索事关国家安全。美国在太空中仅有“存在感”是不够的，还要具有“统治力”。建立太空军对于维护美国的国家安全而言至关重要。
2020年1月14日，约翰·雷蒙德上将宣誓就任美国太空军司令。
星球大战2.0的序幕已经拉开
历史总是惊人的相似，还记得我们在本系列第二篇：人类还会继续进化吗？里讲过的“路径依赖”吗？
本系列第二篇：人类还会继续进化吗？截图之一
本系列第二篇：人类还会继续进化吗？截图之二
如果你还没看过，或者看了却记不清了，建议你去看看。
未来已来！星球大战2.0 ，你跟不跟？
“北海，我只能告诉你，那以前要多想…”《三体Ⅱ•黑暗森林》
今天加了点小说情节，你喜欢吗
未完待续
敬请期待……
关注我，你会看到更深邃、更震撼的逻辑和脑洞！
原创不易，请关注我：《科幻的逻辑与脑洞》（微信公众号：逍遥世间游），用留言、讨论、转发、打赏给我注入动力增量