警报响起,肾上腺素驱动着舰员跑向自己的战位。CIC(作战情报中心)1里的空气被循环机推动着缓慢地环绕着拥挤的空间。舵手握紧着操纵杆,更像是波音飞机上的飞行员。艇长(舰长)站在战术图前,努力抓紧台面边缘,控制住身体不在大幅前倾的甲板上摔倒。脸上每一块肌肉同时变得僵硬,开始轻微地颤抖。两眼焦点凝固在面前的光影上,试图找出免于毁灭的路径……
上面这个场景是典型的潜艇作战。在美国独立战争之前,人类的作战基本局限在2维空间里——陆战在平坦或者起伏的陆地上,海战在波涛汹涌的海面上。虽然高山和深谷为局限在平面上的军队提供了些许的第三维。但是,人类一直无法自由地在第三个维度上行动。直到潜艇的出现。
1775年,美国人David Bushnell(大卫·布希奈尔)设计并制造了第一艘可用于作战的潜艇“海龟”号2。这只铁王八虽然只能在水面以下几米的深度,靠着手摇螺旋桨缓慢蠕动,但是终究让人类海军获得了第三个维度的使用权。从一战开始,潜艇真正成为能够威胁到主力战舰的力量。二战,游猎于大西洋和太平洋的狼群,对战争的进程产生了巨大的影响。冷战,铁幕之下,巨大的核潜艇装载着足以毁灭一个中型国家的恐怖武力,深藏在波涛之下。
潜艇的威力来源于第三维。这第三维帮助潜艇藏匿在人类所习惯的空间之外。潜艇的天敌依旧是潜艇。当两艘潜艇在厚重的海水之下隐匿行动的时候,它们已经无法像海面上那些远亲那样张扬嚣张。它们不得不竭力隐藏自己,发现对方。海水,阻隔了几乎所有的电磁波,特别是可见光。但是,它能很好地传播声音。所以,声纳就成了潜艇的眼睛。大多数的时候,潜艇张开极其灵敏的“耳朵”,倾听着海面下任何细微的声响,捕捉丁点不同寻常的模式。深海中的声音向着四面八方扩散,没有阻碍,没有遮蔽。虽然不同温度、密度、盐度的海水会改变声音传播的路径和特征,但总的来说,深海的信息传播和感知都是三维的。显然,潜艇的运动也是三维的。所以,潜艇在海水中更像是在飞翔。它可以上下前后左右地移动(通常左右移动很少见,往往是被动地左右横移),也可以俯仰、偏航、滚转(虽然俯仰和滚转只能非常有限地进行,绝对不能让潜艇倒过来,这很像客机)。三个维度,六个自由度,任其运动。
太空,相当接近潜艇的环境。太空战舰也是在三个维度,六个自由度中运动。太空宽广稀疏,电磁波自由穿行其间。太空战舰也同潜艇一样,必须在这无遮无拦,宽广无边的空间中竭尽全力藏匿自己,同时发现对手。作为附带的相似性,太空战舰和潜艇都必须有一个密不透风的外壳。潜艇为了防止压力巨大的海水涌入内部,而太空战舰需要防止宝贵的空气逃逸到空无一物的空间。不论是潜艇还是太空战舰,舰上成员经年累月地密闭在这个狭小的空间中,日复一日地重复着单调危险的工作,面临着相同的风险,同样的压力。潜艇面对攻击异常脆弱,在巨大的水压的助力之下,鱼雷或者深水炸弹的近距离爆炸都能轻易撕破厚重的艇壳。艇员在这种环境下没有逃生的机会。太空战舰在这方面反倒没有那么脆弱。尽管舰壳远不如潜艇那样强悍,但是没有空气传导冲击波,舰外的爆炸只有很少部分能量通过破片给战舰带来杀伤。如果是核弹,那么近距离上高能辐射有能力蒸发战舰外壳。但是,只要战舰的气密隔间设计恰当,破坏是可以局限在比较小的范围内,整条战舰不会因为局部的破坏而完全毁灭。除非弹药库或者反应堆被直接命中。
那么,兴起于20世纪的另一种运行于三维空间的军种——空军呢?空军的作战空间跟太空一样,也是三维、六自由度。但是,飞机和太空战舰面临着完全不同的物理环境。飞机在空中飞行,受到空气的阻力,利用空气提供升力,方向的变化依靠空气动力。飞机关闭发动机,则会迅速坠落。飞机无法就地转向,后退着飞行。而太空战舰(或者太空战机),没有阻力,不需要升力,可以无忧无虑地无动力漂浮。可以随时随地调转机头的指向,丝毫不用顾及飞行的方向。所以,在太空,你绝不会看到“狗斗”(dog fight,即空战格斗),只需要RCS3的轻轻推动,便可将机头指向任何方向;在太空,你无法拉出一个漂亮的破-S4、英戈尔曼5,或者摇摇6机动。所能做的,只有依靠精密的动力学计算,将机体转向合适的角度,然后点燃主推进器。你所感受到的强烈过载7,不再是来自上下前后左右,你只会感受到来自后方推进器的强烈“推背”。如果硬要寻找大气层内,与太空战舰类似的飞行器,那只有笨拙迟钝的飞艇了。
CIC: Combat Information,作战情报中心。现代(以及未来)的战舰上的战术指挥中心,专门用于收集、融合、显示、评估和分发战术信息的封闭舱室。现代战舰上,CIC通常位于上层建筑深处,有时会有装甲保护。作战时,战舰CO(Commanding Officer,指挥官,即通常所说的“舰长”)镇守CIC全面指挥作战行动。XO(Executive Officer,执行官,即通常所说的“副舰长/大副”)则在工程中心,或者损管中心。 ↩︎
1578年,威廉·伯恩(William Bourne)在其著作《发明与设计》中,首次明确提出了通过改变自身容积来控制浮力,从而实现水下航行的潜水艇理论基础。历史上第一艘有明确文字记载的“可潜水船只”(Submersible vehicle),由荷兰裔英国工程师克尼利厄斯·戴博尔(Cornelius Drebbel)为英王詹姆斯一世建造,于1620年完成。该潜艇被皮革包裹以保证密封性,依靠人力划桨推进,并在伦敦泰晤士河成功完成了潜航测试。这标志着潜艇正式从数学图纸跨越到了工程现实。1775年,大卫·布希奈尔(David Bushnell)设计并建造了著名的“海龟号”(Turtle)。这是一艘单人操作、手摇螺旋桨驱动的封闭式潜艇。1776年9月,它对停泊在纽约港的英国皇家海军“老鹰号”(HMS Eagle)发起了人类历史上第一次水下雷击爆破尝试。 ↩︎
RCS(Reaction Control System,姿态控制系统)。用于控制太空飞船姿态的系统,由小型推进器、燃料储存供应系统和控制器构成。通常安装在飞船的头尾和船身表面。可以控制飞船的俯仰、偏航和滚转姿态。必要时,也能在小范围改变飞船的运行方向和速度。另一类姿态控制系统是ADCS(Attitude Determination and Control System,姿态确定与控制系统),利用陀螺(控制力矩陀螺)或者反作用飞轮的旋转和变速起到控制飞船姿态的作用。ADCS只耗电,不需要消耗推进剂,是航天器的首选姿态控制系统。不过,因为它提供的控制力有限,在需要快速变换姿态的情况下,会将其同RCS组合使用。在一些大型平台上,RCS和ADCS会以阵列的形式部署,以提高可靠性,增加总控制能力。 ↩︎
破S,(Split-S)。战斗机战术机动动作的一种:战机先进行半滚转进入倒飞,随后向下拉半个筋斗改平,本质上是牺牲高度换取极速脱离并实现180度掉头。最基本的战术动作之一。 ↩︎
英戈尔曼,(Immelmann Turn)。战斗机战术机动动作的一种:由一战德国王牌飞行员马克斯·殷麦曼发明。通过拉起做半个筋斗,在顶部进入倒飞状态时接半个滚转改平,实现快速180度改变航向并获得一定的高度优势。最基本的战术动作之一。与破S机动互逆。 ↩︎
摇摇机动(Yo-Yo maneuver),兴起于二战和韩战的一类空战战术机动动作。是喷气时代的第一批系统性研究和使用的战术动作。其核心是在空气动力学的帮助下,在重力场中在势能和动能之间进行转换,以获得位置、方向和速度等方面的战术的优势。摇摇(Yo-Yo)这个名称来自于韩战期间的美国飞行员。志愿军和苏联空军飞行员经常利用Mig-15的垂直机动优势,采用高空待机,发现目标后高速俯冲,攻击,然后急剧爬升脱离。其飞行模式非常像溜溜球(Yo-Yo),因而被美军飞行员戏称为“Yo-Yo”。 ↩︎
过载,在载具进行加速、减速、转弯时,载具和人体所承受的“惯性抗力”。虽然它在物理上不是实实在在的力,但人体会感受到一股力量对人体进行拉扯(或者“推背”)。过大的过载会导致人体失去意识,无法承受。 ↩︎