问题

宇宙战舰如果在外太空建造,而且不要求进入行星,外形最适合什么形状?

回答
想象一下,我们在浩瀚无垠的太空中,脱离了行星引力的束缚,也无需顾忌地表的限制。在这种环境下,一艘宇宙战舰的外形设计,最能体现效率、力量与生存的考量,它不再是过去那些为了空气动力学而曲折变形的产物。那么,什么形状最适合它呢?

我认为,一种经过精细优化,融合了 “流体雕塑” 和 “模块化集成” 理念的 “棱角分明的流线型集合体” 会是最终的答案。这听起来有点矛盾,但请允许我细细道来。

首先,让我们抛开“流线型”在空气动力学中的传统定义。在外太空,没有空气阻力。然而,“流线型”依然有其存在的价值,但它更多地体现在 能量流动、物质输送以及结构强度 的优化上。

想象一下,这艘战舰不再是传统的“船体”和“甲板”的简单叠加。它会是一个 高度集成 的整体。

核心结构:稳定而高效的“多面体骨架”

几何稳定性: 在太空中,无论是推进产生的推力,还是外部的微小撞击,都需要一个极其稳定的骨架来支撑。一个由多个精密连接的 棱面或曲面 组成的立体结构,比单一的圆柱体或球体更能分散应力,提供更好的结构完整性。想象一下水晶的切割面,它们在受力时表现出的韧性。战舰的骨架可能就像一个极其复杂的、内部填充了无数支撑结构的巨大立体几何图形,比如一个高度优化的 十二面体 或者 二十面体 的变体,或者更接近于 高度精炼的晶体结构。
能量与物质的输送网络: 战舰内部的能源管道、冷却系统、武器弹药输送线、生命维持系统管线等等,都需要高效地连接到各个模块。一个棱角分明的结构,其内部空间更容易被划分成 清晰的通道和枢纽,方便这些管线的布置和维护,同时也能更好地隔离不同的系统,减少干扰。这就像一个精密的城市规划,而不是一个杂乱无章的工厂。
模块化扩展与适应性: 在太空中,战舰的设计必须具备高度的灵活性。未来的战舰可能不会是固定不变的。我们可以通过 插入或替换不同的模块 来升级武器系统、增强防御力、增加储能单元,甚至是改变其功能定位(例如,从战斗舰变为科研舰或运输舰)。这种棱角分明的集合体,就像一个巨大的三维拼图,不同的模块可以 无缝对接 到预设的接口上,形成一个更加庞大或功能各异的整体。每个模块本身也可能拥有其独特的几何形状,但整体组合起来,依然会遵循整体的结构逻辑。

外形特征的细节体现:

收缩的“尖端”与“尾部”: 虽然没有空气动力学上的要求,但为了更好地管理推进器的推力方向和能量场,战舰的 前后端 可能会有某种程度的“收缩”或“导流”设计。这并非是为了减少阻力,而是为了 更精准地控制向量推力,并可能起到一定的能量汇聚或分散作用。例如,主推进器可能会集成在一个 收敛型的后部结构 中,以优化能量输出的指向性。
平坦的“工作面”与“观察窗”: 并非所有的区域都需要复杂的棱角。为了方便外部作业(例如,维护无人机、进行舱外活动),战舰的某些区域可能会设计成相对 平坦的表面,类似于大型阳台或平台。同时,作为观察和探测的“眼睛”,大型的传感器阵列或“舰桥”窗户,也需要集成在这些平坦的区域,以提供更广阔的视野。
嵌入式的武器系统: 过于突兀的武器系统会成为暴露的弱点。先进的宇宙战舰可能会将大部分武器系统 嵌入到舰体结构之中,只在需要时才展开。这样可以最大程度地减少舰体的外露面积,提高防御效率。想象一下,炮塔可以从装甲板下伸出,导弹发射井可以从侧面打开。这些收缩和展开的动作,也会进一步影响整体外形的变化。
能量护盾的动态轮廓: 未来的战舰很可能配备有强大的能量护盾。当护盾启动时,它可能会包裹住整个战舰,形成一种 动态的、流动的光辉轮廓。这种护盾的形状,虽然是能量构成的,但它也会受到战舰基本几何形态的影响,并可能根据受攻击的方向和能量强度而产生细微的变化。

总结来说,最适合外太空建造的宇宙战舰,将不再是模仿航空器或潜艇的造型。它会是一种高度功能化的、以 几何结构的稳定性、能量与物质输送的高效性、以及模块化升级的灵活性 为核心设计理念的产物。

它可能看起来不像我们今天所熟知的任何一种“船”,而更像是一座在太空中悬浮的、由无数精密部件组成的、散发着冷峻金属光泽的、 有棱有角的巨型几何构造体。它的美学,将源于其内在的逻辑与效率,而非表面的装饰或模仿。它是一种为了生存和征服宇宙而生的、纯粹的功能性艺术品。

网友意见

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这时候就要再次搬出《Children of a Dead Earth》这个最真实的宇宙战舰模拟游戏了。这个游戏完全使用现实中已有的技术来设计宇宙战舰,应该非常适合回答这个问题。

1,散热

首先,很多人在设想宇宙战舰的时候,都忽略了很重要的一个问题,那就是散热

热力学第二定律:不可能从单一热源吸热,使吸收的热完全变成有用功,而不引起其他变化。

宇宙战舰需要强大的武器系统,这就需要大量的能量。所以宇宙战舰上需要搭载强劲的发电机。根据热力学第二定律,也就必然大量的废热,必须要考虑散热问题。

所有不需要散热的宇宙战舰都属于第二类永动机。

在地球上,航空母舰和核潜艇在海中航行,使用海水散热;飞机、坦克在空气中运行,使用空气散热;核电站通常都建设在水边,有像粗烟囱一样巨大的冷却塔。但是,宇宙空间是真空的,热传导和热对流都不能进行。宇宙就像一个巨大的真空保温瓶。唯一的散热办法就只有热辐射,也就是宇宙战舰必须使用散热片

不要以为现实中的航天器没有散热片。国际空间站、美国航天飞机其实全都有面积巨大的散热板。

所以,用符合现实物理规律设计的宇宙战舰,也必须搭载足够的散热片。

有一点需要知道,散热效率和温度的四次方成正比,散热温度越高效率越好。但是必须注意,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,那么热量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!

2,装甲

宇宙战舰要能够承受敌方武器的打击,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,球形并不是最好的选择。

第一,宇宙战舰有火箭推进器,通常就装在尾部,这里肯定不能被装甲遮盖起来,因此是有前后之分的。第二,作战时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,核动力推进器、核反应堆发电机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,宇宙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,宇宙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。

不要忘了刚才说的散热片。散热片是通过热辐射实现散热的,散热效率和面积成正比,如果被装甲遮挡肯定会影响散热效率,因此散热片无法覆盖厚重的装甲,应该平行于面向敌人的方向安置,以保证更小的横截面积。当然,在宇宙战舰的设计中,也要考虑将散热片留有冗余,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。

综上所述,宇宙战舰的典型外观大概是这个样子:


再稍微介绍一下《Children of a Dead Earth》这个模拟游戏。

Children of a Dead Earth https://www.zhihu.com/video/1171969296937959424

可以说这是现今最真实的宇宙战舰设计游戏,里面采用的一切技术和材料都是真实存在的。最有趣的是,里面的推进器、发电机、各种炮塔武器等模块,它们的性能都不是凭空编出来的,而是根据设计采用的材料和各项参数计算生成的。自己设计模块的时候,不需要懂得实际的原理,只需要给出各个部件使用的材料和尺寸规格,游戏就会按照现实中的物理公式,自动计算出你设计的这个部件的性能。

设计一个核反应发电机,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。

设计核动力推进器,除了设计核反应堆的参数之外,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。综合这些就可以获得推进器的推力和喷射速度,以及转动速度等性能参数。

设计磁轨炮,可以调整炮管材料、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,就可得炮塔的初速、精度、炮塔转速等性能。

此外,载人舱、散热片、推进剂罐等部件也都可以自行设计,还有导弹和弹头、无人机等。

将各种所需部件组合在一起,外面包上装甲,就可以搭建出完整的宇宙战舰。


其他考虑到散热片的宇宙战争游戏:

网络游戏《Starfighter Inc.》中的宇宙战舰,尾部的主反应堆带有四片巨大的散热板,前部的磁轨炮等武器也都带着小小的发着红光的散热片。

回合制战棋游戏《Attack Vector: Tactical》中的宇宙战舰,也采用了尾部安装散热片的设计。需要注意的是,上图是一种冗余设计,这样密集的散热片之间会互相辐射到,实际上和4片十字形布置的散热片的散热效率是差不多的。这么多散热片就是为了在被打坏一部分之后仍然有足够的散热功率。

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想设计宇宙战舰,就必须了解宇宙。

首先,宇宙中的距离是一大问题。不会像地球这样只有几万公里最大距离限制。几十万上千万公里都有可能。因此几个马赫速度武器压根没用。不能指望导弹在敌人眼里飞行几个月甚至数年后还能打到敌人吧。

因此需要武器打击速度达到光速。达到光速的好处是,对方发现攻击的时候,就是被击中的时候。

所以武器系统只能是激光武器。

其次,还是因为距离问题,即使是光速,宇宙也太大了,因此战舰之间的对战对于一光天以上的距离没太大作用。因为你要计算对方速度,对方无论加速,减速,加速速率,减速速率快慢一点点那就没用。当然在巡航速度上可以。很难判断。另外战舰打击目标如果是地球,月球这样的可计算上万年轨道的固定基地。可以提前一万年开火。

第三,宇宙最大问题就是散热问题,由于缺少媒介,所有的热量都只能以热辐射形式散发,因此短时间内频繁开火是不现实的。

所以,该战舰武器系统是以短时间大能量输出为主。基本就是一发入魂的节奏。不需要第二枪。

第四,先不讨论地球挨打问题。光速武器对于地球没法防御。

如果战舰对战,都用激光武器的情况下如何防御呢?

1,速度变换,既航行速度不稳定,但是由于在宇宙中战舰和目的地有关联,还是有可能被打,不过速度变化确实能被动防御打击。

2,建造大型战舰。比如星球大战的死星。靠大硬抗。

3,链式连接,既挨打的地方直接分离,靠数量堆积。但这样做和建造单个战舰然后可以相互对接是一样的。

所以宇宙战舰就是一个激光武器发射平台。而由于没法抵抗进攻,基本就是一次性的一个平台。什么形状其实不重要。重要的是它的输出功率,以及是否先开枪。

综上所述,最好的战舰其实是地球!也就是说像流浪地球那样给地球装上发动机,在地球上架设大型激光武器列阵,其无论功率还是数目又或者是能源补给,散热问题都能更好的解决。而地球这样大的星体战舰,想彻底摧毁,对方需要的绝对不是宇宙中人为制造的小不点战舰。必须也得是同级别的行星战舰。

嗯。最后还是发现死星是这个问题的唯一解释。

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不要求进入行星是不要求降落还是不要求进入行星际。

如果还需要从黄道平面进入行星际的话,很有可能最好的外形还是类似于亚顿之矛那样小头大尾的形状。行星际运行撞上微陨石的几率还是有的,特别还是一艘巨大的飞船的话。

如果飞船有强力机动,可以从极轨道进入恒星系,那么就是随便什么形状都好,怎么方便怎么来。同样的,只是在空旷的宇宙中来回飞的话,什么形状都好,具体取决于用途和推进方式。

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蘑菇,确切说是金针菇。

蘑菇头向敌。

图省事的话可以设计一款无围壳的潜艇换了发动机直接打上去用(

基于以下条件

非warp、时空泡、空间置换等超·科幻范畴,仅以亚光速范围内甚低速段(恒星系内作战)为讨论基础。

理由如下

1:交战距离空前加大、索敌距离由于3k宇宙背景辐射而同样空前加大。因此所谓“迂回绕侧”在同等技术条件下难以实现。绕三天赶不上人家一个姿控

2:长管型船体便于将最重要的载员舱、发动机、设备置于重重叠叠的结构、护甲保护之下,反正蘑菇头向敌

3:长管形船体便于将磁轨炮的轨道、粒子炮的真空管、激光炮的反射腔沿着船体长轴安装在船体内,安全性更高,加速段更长,威力更大。

利用光速的定向能(激光)打坏布置于船头的综合光电雷达系统亚光速的粒子炮附加设备进行持续照射破坏,距离拉近到一定程度后齐射磁轨炮,用冈钉(划掉)高速实心弹丸对结构和脆弱的主舱室一锤定音

4:蘑菇头上方便安装各种雷达、光学的天线、镜头阵列。

5:对于此种蘑菇对喷的战斗非常重要的侧向机动喷口可以安装在船体全长范围内。

6:乘员舱八成是深海舱,全体隔热服泡在冷媒里,设备发热在进入交战状态后由另外的冷媒吸收,到达吸收极限后通过贯穿船体全长的管道运抵侧向机动发动机用于应急侧向机动。


船体大小决定了发动机的大小,决定了电子设备、光学设备的孔径大小。因此,ASM、舰载机的突袭在全波长综合巡天光学设备阵列和船体主反应堆推动的定向能CIWS面前就是闪亮缓慢的一颗星。


更大的船体!更多的MAC轨道!更密的真空管!rua!!!


嗯?怎么感觉有点像艾玛族的泰坦……你也是馒狗?!(划掉)

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