空天战系统：箭星站结合　测控算结合　光机电结合

　　空天战是体系的对抗。研究空天战系统，必须研究其各部分的关系与结合。系统论的创始人贝塔朗菲强调：“系统的整体大于部分之和”。即一加一不只等于二。每个开关元件只能通断一条电路，把千百万个开关元件合在一起，就并非仅能通断同等数量的电路，而是构成一台智能机器——电子计算机。可见，部分构成整体之后，能够产生新的属性、特征和功能。在系统理论中这叫“涌现性”。士兵列队前进有整齐性的问题，但单兵动作则无整齐性可言；温度是流体分子热运动碰撞的宏观表现，单个分子却无温度可言。现代系统论的“涌现性”，其实质就是两千多年前中国大思想家老子所说的“有生于无”。

　　在空天战系统中，箭星站的结合、测控算的结合、光机电的结合，主要决定系统的结构、运动和能源。不同的结合，构成不同的系统。

　　箭星站结合

　　火箭是运载工具，卫星是不载人的飞行器，航天站是载人的飞行器，飞船与航天站类似也载人，只不过在空间运行时间较短。它们之间的结合大致有两种：一是组装式结合；一是结构式结合。所谓组装式结合是指各部分不改变各自的基本功能，根据科学研究或空天作战需要，将它们有机地组装成系统，各自在不同飞行阶段，发挥不同的作用。如美国的阿波罗登月系统，其运载火箭三级，起飞全重2940吨，总长111米，第一级总推力3400吨。第一级和第二级均分别由五台火箭发动机组成，第三级只有一台火箭发动机。火箭可将飞船加速到第二宇宙速度。阿波罗飞船由指令服务舱和登月舱组成。前者又分为指令舱与服务舱两部分。指令舱直径4米、高3.355米、重6.5吨。服务舱直径也是4米、高7.3米、重26吨。在地球停泊轨道、地月轨道和绕月轨道，指令舱与服务舱一直连在一起。登月舱分上、下两部分。上、下半舱都有独立的小发动机。下半部的发动机在登月时，产生反推力，实现软着陆。上半部的发动机离月时产生推力，使其返回绕月轨道，并与指令服务舱在绕月轨道上对接。然后由服务舱的发动机推动返回地球（下半部则留在月球上）。飞船返回地球再入大气层前，将服务舱扔掉，在大气层中烧毁。登月舱和指令服务舱各装有16个小喷气发动机，控制其飞行姿态。阿波罗登月系统，是箭星站结合的成功范例。

　　结构式结合，是设计制造飞行器时，就尽量实现一体化。美国的航天飞机是这种结合的一个雏型。它靠助推火箭发射，靠自身的发动机控制轨道，可与航天站对接或收放卫星。返回时，进入大气层后靠空气动力水平着陆，可反复使用。实际上它是一种新型的空天飞行器。目前不少发达国家都在研究空天飞行器，将航空器与航天器结合起来，既能在大气层靠空气动力飞行，又能在近地空间靠惯性运动。飞行器首先靠火箭发射，在大气上层启动超高速冲压式发动机，达到十倍音速左右，跃升至近地空间，靠惯性运动；当速度小到一定程度后，再下滑到大气层，冲压式发动机再次启动，使飞行器得到足够的动能，再次飞入近地空间。这样起伏飞行，就像在地球的大气层顶部和近地空间“打水漂”一样。

　　测控算结合

　　空天战中各种飞行器的运动，都离不开测量、计算、控制这三个环节。测量其现在的运动状态，计算其未来的运动状态，控制其需要的运动状态。然后，再测量、再计算、再控制。不仅对己方的飞行器，对敌方的飞行器也要测量、计算，以便预测其作战行动。

　　对飞行器运动状态的测量、计算、控制可以通过地面测控站、网进行（包括测量船），也可以通过飞行器上仪器设备进行。当飞行器在测控站上空“过境”时，可用雷达和光学系统进行跟踪，测量距离（斜距）、高低角和方位角等，根据距离、角度的变化还可测算出飞行器的速度（“准实时速度”）。然后输入计算机，根据数学模型，计算出飞行器的运动轨道，再发出控制信号，使飞行器的变轨发动机工作，实施调控。测距雷达或激光测距器，简言之就是通过测量电磁波或激光束在目标和天线之间往返的时间，而得出距离的。这个方法称为“时间测距定位法”。美国“全球定位系统”（GPS）的24颗卫星，就是靠科罗拉多州福尔肯空军基地的“联合空间操作中心”和分布在全球的5个监测站，不断监控而保持精确轨道的。战争时期，监测中心和监测站如果遭受干扰和破坏，空天飞行器就要依靠自身携带的仪器设备进行测量、计算和控制。飞行器沿三轴的线运动可用惯性传感器测量；绕三轴的角运动可用陀螺仪测量。惯性传感器测出的加速度，经过一次积分计算可得出速度，经过两次积分计算可得出位移，知道沿三个相互垂直轴的位移，就可以确定飞行器的空间位置。三个二自由度陀螺可分别测量绕三个相互垂直轴转动的角速度，对角速度进行一次积分计算是角度（角位移），也就测出了飞行器的姿态和航向。其实，利用三自由度陀螺也可直接测出飞行器绕三轴的转角（角位移）。根据这些数据，就可控制飞行器遂行战斗任务。

　　对于外太空探测器飞行的测量、计算和控制，还是非常困难的，远未解决。例如，电磁波信号单向传到木星，就需要45分钟，更不要说以光年计算距离的遥远星系了。人类对于时空的大尺度结构，还知之甚少。宇宙大尺度的时空结构，人类还无法用现在的科学来诠释。

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　　 光机电结合

　　它包括两个层面：一是空天战的武器系统实施攻击有利用光能、动能和电能的，空天作战必须各种武器结合；一是空天飞行器内部机件的工作，也是利用光能、动能、电能的结合与转换。除了光机电之外，还包括其他能量形式，如核能、热能、化学能等等。

　　强激光束是目前空天战兵器中较接近实际应用的一种。首先，它属于“零飞行时间”攻击器，在整个动力学系统中只存在目标和发射平台的二体运动，因此不存在攻击的不确定性问题。其次，强激光束不受电磁干扰和红外诱饵弹的欺骗，命中率较高。再次，强激光束的发散角很小，聚焦后温度高、压力大，摧毁力很强。一束激光射出20公里，其光斑直径只有10多厘米，它在透明均匀介质中传播时，具有“自聚焦”性。这是非线性光学的一个重要理论。激光武器在大气顶层和近地空间攻击效果尤佳。但是，激光的转化效率很低，一般只有百分之几，发射平台需要储备的能量大，不轻便，难于小型化，也不适宜攻击地面目标，因为激光在空气中传播损耗大。

　　动能武器中，超高速天——天导弹最宜普及。近地空间没有空气阻力，所以导弹速度快，耗能少，体积小。由于空间背景温度低（3°K），因此，用红外导引头轻便、有效。电磁炮射速极高，摧毁力强，但产生105~106安倍的发射电流绝非易事。研制实际应用的超导材料，尚待时日。空天器在近地空间投射钨棒，对地面实施攻击，是便捷、有效、冲击力极强的武器，靠地球引力得到强大的动能，可行性很高。

　　微波束、粒子束武器比激光受天气的影响小，但也存在着转换效率低而带来的诸多困难。在电磁武器中，非核磁爆弹（非核电磁脉冲炸弹）可将化学能直接转换为电磁能，脉冲强度高达10兆瓦，持续2微秒，也是可用来摧毁作战平台的电子器件。一般电子管遇到1焦耳的能量即可烧毁。半导体器件遇到百分之一至万分之一焦耳的能量即可烧毁。这是一种颇具实用前景的新武器。

　　空天飞行器内部各种设备之间光机电的结合，最常见的就是太阳能电池板，将太阳的光能转化为电能，然后再输送到舱内各用电部分。欧洲发射的“机伶-1”探月器第三级主机是等离子体发动机，它利用砷化镓的太阳能电池，将氙气电离，再用电磁场给电离后的氙气加速，产生76毫牛（顿）的推力，使探测器逐渐进入地月轨道，受月球引力场的作用变成月球卫星。这种发动机的推力虽然很小，但毕竟是已经成功应用的星载等离子体发动机。它把光机电紧密地结合在一起，构成了新的动力系统。

　　总之，结合才可以创新发展，结合才可以跨越发展，结合才可以科学发展。

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