时间: J2246.00
编辑者: USF准将 万哈宁
标题：关于空间作战的高级知识
对多名陆军将领的启用意味着我们需要及时更新我们的战术手册。为方便适应，本文内容被尽量地设计为适应陆军将领的知识水平。
了解这些作战信息是必要的，尽管电脑可以接管大部分操作，这不意味着指挥官并不需要了解基本的信息。因此，所有被调遣至空间军的军官都应仔细了解本文。
应当注意，在阅读本文之前，应先阅读《关于空间作战的基础知识》。
3 轨道的相关性质
3.1 拱点
任何使用近似椭圆曲线描述的轨道都会有两个拱点。这些拱点是由于椭圆的性质所产生的，一般来说位于相对的位置。近似椭圆曲线轨道在近拱点处的速度总是最高的，而远拱点处总是最低的，这是因为轨道速度与环绕天体的距离直接相关。在两个拱点间显著的速度差往往是意想不到的，而且不一定直观。在一些极度椭圆的轨道中，航天器将会极快的划过近拱点，然后在远拱点处花费海量的时间（这些由开普勒第二定律所定义：航天器划过相同面积的区域用时相同）。
需要注意的是，使用辛积分进行的多体运算轨道中，轨道扰动可能会导致拱点的偏移。在实际情况下环境会更为复杂。
3.2 希尔球
一个天体都有一个大致的稳定区域，称之为希尔球，其非常大致的决定了环绕天体的物体的轨道稳定性。在这个区域外环绕的物体将无法保持稳定的轨道，即使不断的执行维持轨道也是如此。轨道必须全部位于希尔球内才能保持稳定，否则会受到严重的引力扰动影响。在希尔球之外，轨道将会慢慢的衰减，最终变为环绕其上级天体的轨道。
举个例子，如果环绕地球的轨道处于太阳的希尔球之外，这个轨道将会衰减，并最终变成一个环绕太阳的轨道。这个区域的尺寸取决于天体与其父天体的质量，还有其离父天体的距离。海王星的希尔球比木星要大得多，尽管它没有木星那么庞大，但它却离太阳更远，所以太阳的引力在那个距离会变得很弱。希尔球一般处于一个天体的L₁与L₂点之间。当进行轨道机动时，任何在希尔球之外的轨道都是不稳定的（即使近拱点在希尔球内），因此你将无法维持这样一个轨道。同样的，你会无法执行一个与环绕天体交互的轨道机动，例如进入环绕天体的一个圆形轨道，除非你的舰队处在希尔球内。有一些天体的希尔球比天体本身的尺寸还小。这意味着稳定环绕这些天体将是不可能的。在气态巨行星附近，靠内的或过小的卫星就是这种情况，而靠外的卫星往往会保有自己的希尔球。
3.2.1 洛希极限
洛希极限是一个特定的轨道高度，在此之内一个天体自身的引力与第二个天体造成的潮汐力相等。. 当两个天体的距离少于洛希极限，天体就会倾向碎散，继而成为第二个天体的环。航天器在洛希极限内不会损坏是由于它们并非完全流体且拥有结构强度和弹性。尽管如此，航天器依旧会受到巨大的应力。
3.3 轨道的引力扰动
轨道扰动是所有除其环绕的主物体引力外施加在物体上的额外的力。一些例子包括环绕天体的扁率，辐射压力，大气阻力，以及从其它临近天体来的引力。
其中大多数影响都是微乎其微的，一般可以被忽略。不管怎样，来自其它环绕天体的引力难以忽略；某些情况下，其可以说是非常巨大。举个例子，一个环绕木卫一的物体，会受到来自木星的非常显著的引力。这会导致环绕木卫一的轨道变得畸形，在某些时候，木星的引力甚至还可以使轨道开始衰减。随着时间流逝，那个物体还可以会被慢慢推离木卫一的轨道。
于是，航天器大多数时候都在执行维持轨道，以确保它们的轨道是正确的椭圆。这些差异可以使得许多轨道技巧失效，例如轨道定相与霍曼转移。不过在某些情况下，轨道扰动可以改变倾角，近点角等重要轨道因素，有时这样可以减少机动到指定区域所需要的Delta-V（当然也可能增加）。
3.4 轨道维持
大多数舰船都总是在执行维持轨道，这是一些很小的推进，用来确保它们的轨道处于正确的椭圆形。因为轨道扰动，辐射压力或者其他的原因，轨道会随着时间衰减，但维持轨道会让轨道一直保持原样。
因为行星与小行星并不是完美的球形，导致轨道不会表现成完美的椭圆，而这就是轨道扰动发生的一部分原因。这同样也因为其它天体的引力拉扯而发生（轨道的引力扰动，3.3）。
辐射压力来源于太阳风和太阳放出的光子，辐射压力也会随时间推移带来轨道扰动。在某些极端情况下，照射的激光或核导弹也会造成类似的效果。
大气阻力也可以迫使舰船进行轨道维持；但是这只会发生在以极低轨道环绕有大气的星体运行的航天器上。
由于这些外部的影响能改变航天器的轨道使其不再以椭圆轨道运行，如何正确地利用这些外部影响而不是通过燃烧燃料来改变航天器的轨道以获得所需要的轨道是一种值得学习和研究的技术。
3.4.1 大气刹车
在以高速度接近大气星球时，让轨道近点在大气层内可以使舰船利用天体的大气阻力来为自己进行减速。这一般在近点发生。类似的战术通常会起到令人意外的效果，包括但不限于舰船解体，坠毁，耗尽Delta-V等可能情况。当然，这种方法有时会出奇制胜。
一定确保舰船在大气刹车时有足够的防护（如充气式隔热盾），不然你会死得很惨！
3.5 空间交会与拦截
想让两个舰船在轨道上交会，或者让两个舰队在太空中任何地方会和，都必须执行空间交会。空间交会就像N-体问题一样，在物理上依然是一个尚未解决的难题。目前所有解决方案都是近似值，因为在空间内使用尽可能少的Delta-v在尽可能短的时间内交会是一个优化问题，有着整整18个变量（三维空间带来的6个变量，再加上它们的微分与二次微分，尽管在实践中其中一部分是可以减去的）。
结果便是，空间交会不总能成功。交会可能因为最近天体的引力压倒了航天器的加速度而失败，或者花费了太多的Delta-v或时间以至于不可行。要想确保有效的交会，应该在两个舰队的位置与速度尽可能接近时开始尝试。
拦截敌方舰队也是类似的道理。一些要注意的是，尽管逆行拦截是可能的，极高的难度与极短的窗口时间使得通常用途不大。当然，这对于导弹和无人机来说是极佳的，因为高相对速度会使敌军的近防系统有更短的反应时间。
如果期望执行对接，双方的相对速度要尽可能地低。在拦截和战斗时就没有此类硬性规定。
3.6 霍曼转移
霍曼转移是一种在两个环绕相同天体但轨道高度不同的天体间进行转移的技巧。一个例子是在两个围绕同一行星的卫星之间进行系内转移。
若要执行霍曼转移，只需要进行两次单独的切向机动。首先，第一次机动将目前的轨道变为一个接触到目标轨道的椭圆轨道。然后，当航天器到达接触点后，航天器必须进行另一次切向燃烧，使得椭圆轨道变为圆形轨道。
如果希望进入到目标轨道上的特定位置（如进入天体的引力井），那霍曼转移无法保证其，除非将朔望周期也考虑在内。另外，消耗更多的燃料能减少所需时间。
3.6.1 霍曼转移至不同天体的计算方法与实例

3.7 奥伯特效应
在引力井的最低点进行机动是最有效的移动方式。在一个围绕着行星的椭圆轨道上，于近地点进行机动比在远地点进行会更有效率。利用了这种效应的轨道机动被称之为重力助推，或者说奥伯特机动。
3.8 轨道机动的三个方向
在作战当中，航天器进行机动的方向可以由三个方向上的加速定义：切向，法向与径向。
切向垂直于环绕天体，但依然处于轨道的2D平面上。
径向依然处于2D的平面上，但其直接指向或反向于环绕天体。实际上，它的方向一般情况下是和重力相同的。
法向直接垂直于轨道平面，只用于进行轨道倾角调整。如果你想去的地方和你在同一个轨道平面，那么绝对没必要使用这种机动。使用法向拦截敌军舰船可以从不同的角度攻击，这在某些情况下非常有用。
3.9 轨道定相
轨道定相是一种技术，允许你在与目标共享相同的轨道但处于不同角度时拦截目标。和一个目标处于同一轨道意味着你永远也无法跟上目标，因为你们的轨道周期是一样的。
与直觉相反，你不能直接对着你的目标进行加速。对着你的目标加速会增加你轨道的高度，并将你放在一个更高，更慢的的轨道上。正好相反的，减速会缩紧你的轨道，使你移动的更加迅速。如果操作不正确，你可能反而会离你的目标更远。（这在NASA于20世纪中叶时的太空飞行中被发现）
想要通过这种方式实际拦截到你的目标，你就可以使用轨道定相。
轨道定相只需要对着你的目前矢量进行正切加速或减速就行。这会导致你的轨道变高或缩减，两者都会改变你的轨道周期。另外，你最终肯定会再次抵达你进行机动的那个点。如果计算准确，你便可以以单次机动完美拦截轨道上的任何目标（尽管如果你想匹配速度的话，那还得需要另一次机动）。
轨道定相的实际结果与直觉将会相反。想要抵达你前方的目标，你需要减速，这会让你更接近引力源，并最终使你变得更快。想要抵达你后方的目标，你需要加速，这会让你更远离引力源，并最终使你变得更慢。

如果轨道是双曲线，除非在近拱点（最靠近轨道中心的那个点），轨道定相都不会起效。另外，如果轨道扰动太大了，轨道定相也很可能会失败，或者需要一些额外的修正机动来保持在正确位置。
这是在作战中最经常使用的拦截方式，先在近拱点使用奥博特效应让远点匹配敌军轨道，随后在远点抬升近点匹配敌军轨道，最后使用轨道定相拦截敌军。在轨道定相的过程中，最直观的展现方式是变换你的参考系为敌军舰船。这样做可以让你的机动更加形象。
3.10 引力弹弓

弹弓是一种机动，其中航天器使用具有深重力井的天体，以不使用燃料的方式加速或减速。通过在重力井深处利用奥伯特效应，机动将成为上弦的弹弓，其功效大大增加。
3.11 长距离及多分级轨道规划
如果你需要改变你的轨道，那么在离你目标最远的地方进行机动式在delta-v方面目前最便宜的方式。举个例子，如果你需要从远处进入一个卫星的轨道，并且在抵达时改变你的轨道倾角，最便宜的方式是在你进入这个卫星的轨道之前就进行倾角转变。这和奥伯特效应有相似之处，不同的是这一点适应于任何种类的轨道。
无论何时，只要你的轨迹规划里有超过两个天体，在节省delta-v方面这都是极其重要的，例如说在两个卫星间转移。
尤其是轨道倾角机动，其永远在越远处做越好，因为轨道倾斜轴不影响其它两个运动轴。
关于长距离轨道规划还有一件事，进入一个天体的环形轨道是适合在长距离转移后进行的，通常是被捕获的最便宜与最简单的方式。进入一个近似圆形轨道后，轨道就便能很轻易的调整与改变了。
当计划一个有多个天体参与的轨道时，必须考虑某些因素。
使用单次或很少几次机动完成整个旅途很可能会非常困难，甚至不可能。只要多体被考虑到，多次机动，至少每个天体一次，经常都是必须的。一次机动用于脱离一次轨道，另一次机动则用于进入。每个天体使用超过一次机动对修正倾角来说很可能是必须的。
3.12 广义双椭圆机动
双椭圆转移是一种在两个圆形轨道上转移的方法，有些类似于霍曼转移，尽管双椭圆经常可以以更廉价的delta-v 成本达到目标。广义双椭圆机动用于将一些正常情况下极其昂贵的轨道机动以更便宜的方式进行，例如在顺行与逆行间转移，或改变轨道倾角。
想象一个以每秒A千米的速度在天体顺行轨道飞行上的航天器。若要转变为逆行轨道，这个航天器必须花费总共2Akm/s的Delta-v，其中Akm/s用于进入静止（这会导致舰船对着行星直直坠落），剩下的Akm/s来进入一个逆行的环绕轨道。此外，这个航天器必须拥有高加速度，不然它会再来的及加速之前坠落。
为了克服这个高成本的问题，航天器实际上可以使用Delta-v先将轨道扩宽为一个椭圆。然后，在远拱点，航天器再进行逆行机动。让椭圆的近拱点重新回到那个位置，之后再最后进行一次机动，使得轨道恢复成之前的模样，只不过是逆行的。在椭圆的远拱点，轨道速度会远低于Akm/s，于是最终的Delta-v成本会降低，即使考虑到初始和最后的那两次机动也是如此。这是奥伯特效应的极端应用例子，在任何情况下都会显著地减少Delta-v的需求。
值得一提的是，这种机动会显著地增加所需时间。
3.13 低加速度情况
在大多数情况下，于轨道上执行机动可以被看作瞬时的。消耗在机动上的时间可以被忽略，轨道的改变也难以察觉到过程。不管怎样，某些特定的情况下，例如深陷在引力井，或使用离子推进器的时候，机动通常不是瞬时的（在极端情况下，一次机动可以持续数年）。
这会导致推进的效果无法立刻实现，并会使得一些特定的轨道转变变得不可能。举个例子，在和接近的目标匹配速度时，如果加速度太低，这可能会无法实现。于这种情况下，必须从远处就开始转变速度，才能正常的进行匹配。
3.14 火箭方程
几乎所有的太空航行都基于火箭方程（除了一些不依赖于反应的推进，例如太阳帆）。火箭方程论证了航天器拥有的Delta-v完全取决于两件东西：你排出的推进剂的质量，与其被排出时的速度。通过火箭方程，一个火箭的Delta-v是与你的质量比成（自然）对数比例，并与你的引擎的排气速度直接成正比。
举个例子，一个拥有约2.7（准确的说，是e，欧拉数）质量比的航天器，会有着正好相当于其主引擎排气速度的delta-v。而鉴于质量比的影响是对数的，7.4（e^2）质量比会提供相当于排气速度两倍的delta-v，而20（e^3）则是排气速度的3倍。
这个公式是由大名鼎鼎的齐奥尔科夫斯基发现的，具体写法为：DV=ω*ln(m₀/m_k)
式中DV为速度增量（也就是Delta-v），ω为喷流相对火箭的速度，m0和mk分别为发动机工作开始和结束时的火箭质量。
3.15 引擎的功率
引擎的功率等同于这个引擎的推力乘以排气速度。这表明在给予的功率为一定数量的定值时，飞船增加排气速度则会降低推力。反之亦然。因此，一些发动机尽管具有很高的排气速度也往往无法使用，因为它的推力可能甚至低到无法逃逸小行星的轨道。
这就是为什么主力舰使用的都是排气速度相对较低（在5-10km/s之间）的热核火箭而非使用更高排气速度（至少200km/s）的离子推进器。尽管离子推进器有着令人惊叹的Delta-v与比冲，但它们的推力和产生的加速度太弱，因此无法适用于在行星间和卫星间航行的主力舰。否则，到达航行的目的地将花费数十年的时间。有关更多信息，请参见比冲一节。
3.16 质量比
一艘船的质量比为它的湿质量除以它的干质量。干质量指的是除了工质以外的飞船的质量。湿质量指的是包括工质在内的飞船的质量。大多数飞船的质量比在2到20之间，质量比是2意味着你的船船体和推进剂质量相等，而质量比是20则意味着推进剂的质量是船体质量的19倍。这就是为什么工质几乎总是飞船最重的部分，而且通常是也体积最大的部分的原因。
3.17 太空的尺度
对于航天器，空间的尺度可以跨越数十米到几万亿公里。在行星，小行星和舰队之间缩放时，尺度是等比形式的。
在太空中，确定与对象间的距离可以非常困难，甚至连对象的大小也是如此，因为所有的参考系都处在无限远的位置。因此，在一个航天器或轨道的视角看，小行星可能看起来和行星没什么差别，尽管实际上小行星应该只有行星尺寸的千分之一。而从小行星与行星的视角看航天器，航天器看起来都几乎一样的小（有些航天器的设计目的是基于万有引力的，这种航天器可能异常地大，虽然最后也不会超过百分之一）。谷神星的大小是地球的%7，而它占了整个主带小行星总质量的33%。
3.17.1 太空中的声音
虽然这已经足够明显了，但还是必须得强调，声音无法在太空中传播，因为没有大气传导声音。因此，从核爆到开火等所有作战行动都是完全无声的。
不过固体传声的声音依旧可以被听见。从外部装甲在核爆压力下发出的呻吟，到轨道炮打在惠普尔盾上的叮咚声，只要是固体传声就可以被听见。
USF Cdre. Vanhanen J2246.00