宇宙世纪的推进系统 Propulsive systems in the Universal Century

Presented by Gundam T.C.R.I.

 

编者：南部（主编，“南”，微博昵称@astastya）、高野（协助，“榛”，摸鱼拖更的黑手，微博昵称@蒼崎榛子），Xeku-Eins（协助，“⑨”，Bilibili昵称@Xeku-Eins）

 

译者：南部（微博昵称@astastya）

 

埃普西隆高达的核脉冲引擎相关内容译者：魔女之使（Bilibili昵称@魔女の使）

 

《Master Archive》系列米诺夫斯基飞行系统相关内容译者：sunepiao（微博昵称@sunepiao）

 

《Master Archive》MOBILESUIT MSZ-006 Z GUNDAM篇译者群：sunepiao（微博昵称@sunepiao）、Mario1991、B酱。（由于有部分的原汉化人员的联系方式缺失或者未确认到，所以并没有在引用相关翻译前通知，如有问题请联系文章作者删除）

 

V2高达的米诺夫斯基推进单元“光之翼”相关内容译者：B酱

 

全金属狂潮系列EMFC相关设定译者：秘银汉化工作室（深渊使者、小希、威儿、妄想者、KETEN）（由于没有原汉化人员的联系方式所以并没有在引用相关翻译前通知，如有问题请联系文章作者删除）

 

校对：暗、Archer、高野、高扎古、南部、Xeku-Eins（按字母表顺序排序）

 

扫图提供者：文姐（微博昵称@-射命丸-文-）

 

现实科技考据：高野（微博昵称@蒼崎榛子）

 

1.    前言

2.    常规（非米诺夫斯基物理学直接应用类）推进系统

2.1.       化学燃料火箭

2.2.       离子火箭

2.3.       等离子火箭

2.4.       热核火箭

2.5.       热核喷气引擎

2.6.       核脉冲推进

2.7.       激光推进系统

2.8.       核热驱动式组合循环发动机

3.    基于米诺夫斯基物理学运行的推进系统

3.1.        “光之翼”（MDU之一）

3.2.        “幽灵之光”（MDU之二）

3.3.       米诺夫斯基粒子电推进

3.4.       米诺夫斯基浮游引擎

3.5.       Master Archive系列自己的米诺夫斯基飞行系统

4.    后记

5.    附录I - 齐奥尔科夫斯基火箭公式

6.    附录II - 全金属狂潮中的TDD-1所用的EMFC

7.    附录III - 现实中的核裂变固体堆芯推进技术

8.    Reference

 

1.    前言

 

本文列举了宇宙世纪世界中所有（大概）种类的推进系统，同时对其运作原理进行了一定的说明。虽然本文尽量采取了较新且公式度较高的书目，但不排除随之时间推进其中一部分设定随之更新的可能，但至少在现时点（A.D.2020）本文采取的说法都是最具权威性的。

由于这些推进系统大多都有在现实中的参考物（并且原理几乎一致），所以本文中也提及了部分系统在现实中的情况(顺便当一回现今航天科技的科普)，本文所引用的现实科技的具体数据和图示绝大部分来自于国防工业出版社于2012年4月首版的《先进航天推进技术》。

最后，必须强调的是，本文的内容终究是虚拟作品中的作品设定，若想了解现实中的相关系统的具体内容，还请参考相关专业的权威书籍与资料。

 

2.    常规（非米诺夫斯基物理学直接应用类）推进系统

 

在宇宙空间中，物体的运动遵循牛顿运动定律。

 

牛顿运动定律包括第一定律（惯性定律）、第二定律（力与加速度的关系 【力F】=【质量m】*【加速度a】）和第三定律（作用力与反作用力的关系）。虽然在物体以接近光速的高速运动中需要依循相对论对物体的运动进行修正，但我们当前在地球圈内移动时所使用的推进系统仍远远不及光速。宏观上用牛顿运动定律和用相对论的结果之间的差距几乎为零(榛注：原文直译是”宏观上可以说是几乎等于零”这样不明所以的话，所以推测这里指的是其实由于所使用的推进系统远低于光速，因而用牛顿运动定律和用相对论的结果的误差可以忽略)。直到今天，所有在宇宙空间运动的人工物体仍旧遵循在旧世纪就已经被奠定的经典物理。虽然本世纪的米诺夫斯基物理学常常表现出覆盖了传统物理理论的样子，但准确来说，是补全了之前相对论和基本粒子理论所无法解释的部分。如同相对论用于阐述牛顿的经典物理所不适用的情况一般，米诺夫斯基物理学的出现也不意味着推翻过去的物理学法则（就算是在殖民卫星里的苹果也是会向下掉）。

 

例如，根据第一定律，一个物体具有初速以后，只要不存在障碍物，就会一直做匀速直线运动。由于宇宙空间中不存在空气，物体不会像在地表上那样被减速，可以一直维持着初速状态。为了更有效率地利用推进剂，在宇航活动中会利用惯性运动（虽然基本上物体速度和轨道会受到重力的影响而产生变化）。另一方面，如果想减速的话就必须要让物体产生与前进方向反向的加速度。(榛注：知道利用惯性、要节省推进剂却还在太空中拼命点亮喷射口的屑动画kora。 南注：你懂个p的机器人动画的演出。)

 

应用牛顿运动定律的推进系统，大致上能分成两种方式。(榛注：遵循牛顿运动定律的推进系统所适用的齐奥尔科夫斯基火箭公式，请参考附录I。)

 

第一种方式是喷射粒子式推进——从需要被推进的物体处喷射粒子，利用粒子提供的反作用力(第三定律提到的反作用力)来推进。推进所利用的粒子被称为【推进剂】。推力与推进剂的喷射流速和秒喷射质量的乘积成正比(榛注：其实就是第二定律的F=ma)。举个简单的例子，就像松开充满气的气球时气球会因为开口喷射的气流而飞走。粒子喷射推进就是靠控制气球喷出的气流的方向来移动的技术。这种方式从旧世纪的宇宙开发初期一直到今天都是主流的推进方式。化学燃料火箭、离子火箭(榛注：也称为静电推进火箭)、等离子火箭(榛注：也称为电磁推进火箭)、热核火箭等都是基于这种方式的推进方案。

 

第二种方式是粒子撞击式推进——让粒子直接撞击需要推进的物体的后方，从而推动这个物体。但是，由于发射粒子的一方也会受到粒子的反作用力的影响，所以必须要在发射粒子的方向的反向也产生同样大小的力来抵消(榛注：推测是为了防止产生位移致使错位或者降低系统效率的问题的发生)。核脉冲推进就属于这种方式。另外，虽然没有成功实用化，但有人提出过从可以吸收反作用力的地方（例如行星的表面）来发射粒子的方法(榛注：大概指的是激光发射基站与激光帆、太阳与太阳帆那种类型的例子。 南注：AOZ系列的银雷的可选装备中就有太阳帆)。

2.1. 化学燃料火箭

 

化学燃料火箭是一种利用化学能的燃烧加热来推进的系统。

 

在燃烧室中混合燃料和氧化剂，然后点火，进行反应，以此来产生气体和热量（由于经常直接将【燃料】与【氧化剂】合起来称呼为【燃料】，所以下文直接用【燃料】来指代两者的混合物）。气体会因为被加热而膨胀。这时，由于燃烧室是一个密闭的空间，气体只拥有热能，但还没有转化为动能。而在燃烧室的一端上设有喷嘴，可以以此来释放由于气体膨胀而形成的压力。这样一来，容纳该燃烧室的物体就会往气体喷射方向的反方向进行移动。

 

理论上，如果燃料完全燃烧，产生的温度越高，所喷射的气体的速率就越高。但是，由于燃烧室和喷嘴使用的是大规模的耐热结构，温度越高则热量损失的越快(榛注：也就是说达不到热力学气体理想状态中的绝热膨胀过程)，速度到达一定程度以后就难以继续提升了。

 

虽然这个问题在旧世纪由于材料技术的进步得到了一定程度的改善，但这个系统所必须使用的【推进剂】这个用于产生高温高压气体的燃料却严重制约其发展。化学燃料火箭的燃料消费量十分巨大。

 

举个例子，如果一艘宇宙飞船想要从地球卫星轨道移动到月球轨道，然后再减速至同步月球的公转速度的话，必须要消耗10倍于其干质量的大量燃料(榛注：大家可以联想一下阿波罗登月计划所用的“土星5号”运载火箭；目前化学燃料火箭的比冲为200~500s，所携带的燃料要占总重的90+%，而有效载荷只占1%~1.5%，例如SpaceX的重型猎鹰9火箭虽然有着远超全球其它现役运载火箭的运载力但在可回收模式下却大打折扣也有这个原因)。携带大量燃料的结果就是以燃料燃烧来让燃料继续移动的状态，效率非常低。

 

然而，由于化学燃料火箭是让燃料爆发性的燃烧，所以适用于需要在短时间内获得巨大推力的任务。因此，即便是现在，化学燃料火箭系统依旧被广泛应用于穿出大气层任务的推进装置、MS和宇宙战斗机等等高机动性的机体的姿态控制喷嘴等领域（姿态控制喷嘴一般使用由燃料和氧化剂混合组成的固体推进剂）。

 

从UC.0050年代后期开始，同时装备高加速的化学燃料火箭与低推力巡航用的等离子火箭，成为了宇宙空间推进系统的主流，但由于之后出现了因米诺夫斯基-伊内斯库型热核反应炉的普及而实现的热核火箭，该种推进系统方案被迅速地取代了。

 

在过去，常见的推进系统有化学燃料火箭和喷气引擎、离子火箭、等离子喷射火箭（推进剂的等离子化经常与离子化的东西混合）。这些推进系统各有优劣，某些部分甚至要优于热核推进器，但由于航程距离或者推力的问题，现在只作为辅助性的推进系统来使用。在这之中，MS和MA使用的最多是化学燃料火箭。虽然说是这么说但是并不将其作为主推进器使用，而只作为姿态控制喷嘴（也就是所谓的Apogee Motor）。与和核融合炉一体化的热核推进器不同，化学燃料火箭是一个独立的系统，因此，化学燃料火箭易于小型化，便于搭载到不能企及核融合炉的各部分。这个系统也频繁消耗加速用的推进剂。

 

MS的姿态控制喷嘴通常使用固体燃料式的化学燃料火箭。虽然无法作为推进器使用，但在和AMBAC系统搭配并用的情况下足以在姿态变更/维持任务上充分地发挥其性能。

（⑨注：旧世代航天器的“姿态控制喷口”被称为“反作用控制系统”即Reaction Control System (RCS) 一般采用由多个小推力室组成的化学火箭发动机系统，可分为以下两类：（1）冷气射流姿控发动机。（2）热燃气射流姿控发动机

冷气射流姿控发动机：它用压缩气体(一般用氮)作推力室工质，通常由充气开关、高压气瓶、电爆阀、减压器、电磁阀和推力室组成。

热燃气射流姿控发动机：它用推力室产生的热燃气作推进工质，又可分为两种：（1）单组元推进剂催化分解姿控发动机。推进剂一般用无水肼，系统由有橡皮囊的推进剂贮箱、加注泄出阀、充气开关、高压气瓶、电爆阀、减压器、电磁阀和推力室组成。（2）双组元姿态控制发动机。用双组元推进剂燃烧产物作推力室工质，系统组成与单组元姿控发动机相类似。）

 

作为推进系统使用的化学燃料火箭常在进行飞出大气圈任务的舰艇与穿梭机上见到。在MS之中也存在着将其作为紧急/初期加速用的外挂组件的机体，但并不常见。

2.2. 离子火箭(静电推进火箭)

 

这是一种不经过加热膨胀而是直接喷射推进剂来获取推力的系统。这种方式属于电推进的一种，全名为【离子推进系统/静电式推进系统】。电荷异极相吸、同极相斥。这种方式是非加热膨胀的，离子火箭的喷出羽流速度是化学燃料火箭的数十倍，喷射持续时间可以达到数万倍于化学燃料火箭。(榛注：也就是说离子火箭的比冲要比化学燃料火箭的高上几个数量级，但现实中只能用在卫星姿态控制和位置保持任务中，比冲3000~4000s级别，不过推力1~25mN范围内，当前的各种电推进系统能产生的推力都不高，甚至可以说非常低)

 

这个系统以气化的金属元素（比如说铯）作为推进剂，这些金属元素在离子化装置中被电离成阴阳离子(榛注：其实应该还会有电离出电子来着)。在这之中，阳离子在静电场的作用下加速喷出（由于阳离子会受到电场偏转而使得喷出羽流效率过低，所以会在喷射口部分注入电子来中和喷出羽流使其中性化）(榛注：其实还有为了避免航天器及其附近的电荷堆积导致推力器失效和影响电子设备，也是需要将喷出羽流中性化的，所以现实中我们看到的离子火箭所喷出的物质也如同一般气体)。喷射方向由电场进行控制。

 

但是，由于难以将离子束的性能提高，推力最大只能达到化学燃料火箭的数万分之一。因此，此系统常用于小型航宇机器和人造卫星的姿态控制，没有被采用为主推进系统(榛注：这里说的应该是指发射入轨任务的主推进系统，实际上目前人造卫星上有不少采用该种电推作姿态控制、位置保持的)。

 

2.3. 等离子火箭(电磁推进火箭)

 

等离子火箭和离子火箭一样(榛注：两者别搞混了)，都属于电推进系统。相较于离子火箭，此系统可以产生相对较大的推力(榛注：在现实中，能产生上百mN的推力，是比离子火箭大约高一个数量级，比冲1500~2500s，基本上用在姿态控制、位置保持的任务中，不过也有用作卫星变轨主推的，例如于AD.2003/09/27，ESA的首颗月球探测器“SMART-1”就采用了等离子火箭，花了14个月从绕地轨道进入到绕月轨道)，因此在UC.0050年代中期就成为了宇宙飞船的主流推进系统之一。

 

等离子体指的是处于自由运动状态的，拥有几乎等量的高浓度阳离子和阴离子的物质(榛注：有些教材写的是电子、阳离子、中性原子组成的混合体，通常在高于5000K时表现出导电性)（电弧、高温气体、火焰、电离层等都是等离子体的一种）。等离子火箭的原理是通过磁场来使已等离子化的导电推进剂沿推力矢量方向加速至高速喷射。

 

由于可以利用核能发电来提升最适喷射速度(南注：最适喷射速度为推进剂消耗速率和推力比例最佳时的速度)，即便到达了100km/s以上的喷射速度也不会像化学燃料火箭一样出现热损耗的问题，使得等离子火箭成为了一种效率非常高的系统(榛注：在现实中也有过相关的概念研究和实验，例如，美军的爱德华兹空军基地曾提出过“稠密等离子体聚焦推力器”DPF，其相当于一种使用了核能的“磁等离子动力学推力器”MPD，在20世纪60年代中，JPL、MAI、斯图加特大学、普林斯顿大学、比萨大学都有相关研究，研究结果得到效率可达75%，要是使用磁约束聚变等离子体作推进剂的话甚至有100%的潜力，比冲可达1000~11000s，要是直接利用聚变产物的话可达10^6s，推力在20~200N范围内，是目前所有电推进系统方案中最高的。不过，实际上人类直到AD.2020年都还没有实现磁约束聚变反应堆发电，更别说装到宇宙飞船里搞DPF了；MPD的话倒是苏联、美国、日本都实际测试过)。采用等离子火箭，可以让宇宙飞船即便不搭载大量燃料也能够进行长时间的航行。但是，由于推力相较于化学燃料火箭还是相当低下，就算将此系统作为主推进系统，也只能用于巡航。

 

公国军的帕普亚级补给舰、契贝级高速重巡洋舰在早期服役时采取了巡航用等离子火箭、高加速用化学燃料火箭的混合推进方案。直至后来热核火箭的实用化，据说都进行了改装。

2.4. 热核火箭

 

在今天，宇宙船、宇宙艇、MS等一切在地球圈内航行的移动物体几乎都采用了这个系统。简单来说，热核火箭就是一种利用核能来加热、喷射推进剂的系统。

 

这个方式在旧世纪就已经被提出，但由于核融合炉的尺寸太过巨大了而没能实现。(⑨注：关于核火箭的现实情况可参考一下附录III。)

 

期间，技术人员也考虑过使用远比核融合炉要小型的等离子炉心型核分裂炉的热核火箭方案。由于等离子炉中经过核裂变燃烧后的核燃料的温度非常高，其中一部分燃料会电离为气态（等离子态）。如果这时通过气流来让等离子化的核燃料无法接触到炉壁的话，就可以让它的温度变得比固体炉心还要高。理想的核裂变式等离子炉可以在1m3的空间内通过1000气压以上的压力封锁100万度的高温状态物质。当然，就算（气化的核燃料）远离炉壁，来自等离子炉心的热辐射还是会散布到四方的。利用这股热量将推进剂加热，使其膨胀，然后通过喷嘴喷射（推进剂也起到了对炉壁的冷却剂的作用）。(榛注：在现实中也有原型，叫做“气体堆芯核裂变推进”，根据不同构型的综合数据来看，比冲在3000~7000s、推力能达到数百kN级别、推重比约为1，不过该方案的推进器无论是质量还是尺寸都偏大；目前已有应用于航天飞机的小型版本，比冲约为1550s、推重比约为0.3，只不过在航天飞机早已退役的今天，实在未见其实际投用就是了。)

 

但是，虽然这个系统和当时的核融合炉相比要小得多，但考虑到屏蔽放射线的问题所以无法做到一定以下的尺寸。因此，不适合装备到宇宙船上，更是根本不能用作宇宙战斗机的主推进系统。与产生的推力相比，系统的质量过于巨大，很难降低相对质量。(榛注：例如现实中某个功率6000MW、推力445kN的型号，其重量就有56.8t，相当于当今一台主流的MBT一般的重量。)

 

另外，核裂变与使用氦3和氘的核聚变相比，能量转换率要低得多(榛注：铀裂变能量密度理想值约10^8kJ/g，但实际可利用只到10^3kJ/g的程度，相比之下的氢聚变，能量密度理想值约10^9kJ/g，实际可利用接近10^8kJ/g程度)。因此，使用聚变反应的热核火箭引擎的最适喷射速度能达到光速的9%，而使用核裂变的只能达到4%，两者之间有两倍以上的差距（使用核裂变的火箭引擎的能量转换率比使用聚变反应的0.4%要低得多）(榛注：查了一下，仅从反应的能量转换率来看，两者确实相差颇大，氢聚变是0.7%，铀裂变是0.0941%，应用在热核火箭上的转换率的话，虽然存在不同的构型和材料、推进剂等等的影响，但也不会超过这些值)。

 

使用核聚变的热核火箭的一种理想系统。氦3和氘被150个大气压以上的压力压缩到1cm3的空间中，在10亿度的高温状态下不断地反应。由这种反应加热的推进剂膨胀之后得到的推力自然是远高于来自核裂变反应所得的推力（虽然有人提议直接将炉芯的一部分直接做成开放式，然后释放等离子来推进，但为了提高推力，最后采用了将推进剂单独分开装载这一效率更高的方案）。此外，因超高温而等离子化的反应部分不与外壁接触，而兼做冷却剂的推进剂直接在反应炉外壁上受热，因此，在化学燃料火箭所存在的燃烧室高温问题在这里得以规避。

 

发明于40年代末期的米诺夫斯基-伊内斯库型核融合炉让这个推进系统成为现实。从米诺夫斯基物理学的应用中诞生的这种新型核融合炉不仅尺寸很小，还通过利用I Field来控制等离子炉心这一划时代的方式屏蔽掉放射线。

当今的热核火箭所用的推进剂是液氢。推力的调节通过送往炉心的推进剂之量的控制来实现。

(榛注：实际上图示结构是一种高功率的使用“串联电磁镜”的环形的托卡马克结构磁约束聚变推进系统MCF，具体的实验测试资料和数据不详。)

热核火箭也因为核融合炉更进一步的小型化而可以搭载到宇宙战斗机级的东西上。在一年战争中改变了战场形势的公国军的MS采用核融合炉作为动力源，热核火箭作为背部推进器。

 

热核火箭的运行时间由推进剂载量决定。虽说和化学燃料引擎相比而言燃料消耗量要少，但长时间航行或大推力航行都会消耗大量的推进剂。有必要配备可以给航行途中的舰艇补给推进剂的补给舰。在0083年的迪拉兹之乱中，为阻止殖民卫星落下而前往月球轨道的联邦军由于耗尽推进剂而陷入无法继续作战的事态在今天可以说是广为人知。宇宙船在耗尽推进剂之后，只能进行惯性航行，如果连姿态控制所需的推进剂也耗尽的话，那就只能在宇宙中漂流、等待救援了。

 

由于机体自身的空间限制，MS和宇宙战斗机经常外挂推进剂罐以延长作战行动时间。推进剂罐大多结构简单，造价也十分低廉。为了避免在推进剂用尽后成为多余的载荷，推进剂罐一般在推进剂用尽之后会被直接丢弃(榛注：和现实中的外挂油箱的战斗机、航天任务中的多级火箭的处理一样，只不过战斗机好像纵然外挂油箱中的燃油还没耗尽，在进入战斗行动后也会直接丢弃就是了)。

 

一般推进剂罐的内部是把推进剂和冷却剂分别封入其中的双组元构造。但这个构造也不是绝对的，有时也会直接将内部的推进剂充当冷却剂来使用。(榛注：吐个槽，其实可以用水来代替液氢，这样的话那派骆驼的吓尿也能既当冷却剂又当推进剂了啊哈哈哈，别笑喔，空间站的计划中和美日现役的卫星上都有使用水做推进剂(包括生物废水，也就是说尿液也行)的电阻加热式推进器，而且我觉得说不定还能把水当作供氧剂电离些氧气出来补给，当然另一方面，改用水当推进剂的话比冲一般会比液氢的小得多。)

 

目前设定中推进剂的内容并未全部明确言明，其中一例言明的地方就是土星引擎的描述：【土星引擎】是一款由吉翁公国的ZIMMAD社开发的热核火箭。其导入了广带域推进剂技术，一般使用铅或者亚铅、铋之类的重元素作为推进剂，推进力得到了很大程度的增加（一般的热核火箭在长距离巡航时使用氢和气态氧，在接近战斗时使用硅铝化合物作为推进剂）。

 

(【土星引擎】)经历了试作的【水星引擎】、EMS-04搭载的【木星引擎】之后实用化。EMS-10兹达与MS-09大魔等等的MS上都有搭载。

2.5. 热核喷气引擎

 

在一年战争开战之前就有人研究过在大气圈内使用热核火箭。当然，原版热核火箭即使不做任何改动也仍可以在大气圈内外使用。但是，这种引擎必须自备推进剂，而为了产生推力则不得不喷射一定量的推进剂，这就导致了燃料终会耗尽这个缺点。在大气圈内，将空气作为推进剂来使用则更高效。换言之，就是通过进气口吸入空气，然后再经炉心加热，最后将其高速喷射。拥有这个形态的热核火箭被称为热核喷气引擎。被联邦军作为RX-78 高达的逃生装置使用的核心战机在大气圈内外都可以运行，这是因为它搭载了热核混合引擎，在外层空间使用自机存储的推进剂（这个系统也因其机能被称作热核喷气火箭引擎或热核喷气火箭复合引擎）。

（⑨注：左上部的增装引擎组件是KARABA欲获得Zeta GUNDAM远距离支援能力而安装的推进剂箱+热核喷气引擎，外形上采用了符合空气动力学的设计，到达战斗空域变型为MS时，必要时可以抛弃，与上文中提到旧世代战机进入作战时单纯抛弃油箱相比，直接将与燃料箱一体化的增装的引擎一起抛离，从成本上看似乎是性价比较低的方案。榛注：简直就像多级火箭的处理一般。）

 

原本，热核喷气技术就已用于实现气垫移动。两军都拥有搭载了这种引擎的陆战艇，比如说联邦军的BIG-TRAY级和公国军的GALLOP级。在一年战争中期，公国军成功开发出大功率的小型热核喷气引擎并装备在MS-09大魔上实现气垫推进。

 

MS-09是在MS-06J的基础上进一步提高陆战性能而开发出来的机体，这一计划由ZEONIC社的竞争对手ZIMMAD社负责。这一计划面对的主要问题是MS行军速度与维护性。重量超过50t的机体全速奔跑的话，腿部关节的负荷会相当大，需要频繁进行零件更换。采用气垫移动正是为了解决这个问题而提出的方案之一。采用这个方式的话，不仅能有着比使用步行单元行军快得多的速度，而且移动时也不会给腿部关节带来负担。

 

大多数的旧式气垫船所采用的风扇喷气引擎（Fan Jet Engine）因为其大小和机体重量的限制而无法作为MS的移动装置。因此，ZIMMAD社转而使用了宇宙战舰使用的热核火箭引擎，并将其小型化、吸气喷气化。

 

但是，ZIMMAD社在将这个系统投入到实用化进程中，还不得不面对一个问题。那就是炉心的高温会引起引擎的蒸发的隐患。考虑装到MS-09上的核融合炉的炉心可以产生近10万度的高温，仅凭吸入的空气是无法完全吸收这股热量的。

 

因此，这个系统变成了空气和液氢推进剂双元并用的混合形式。首先，炉心和热核火箭引擎一样，把推进剂送入其中，变成约1万度的等离子状态，再以此导热到空气并将其喷射（因此，MS-09的气垫引擎从严格意义上来说，其实就是热核混合引擎）。

一说，MS-09所采用的热核气垫引擎不仅最大能达到95t的推力，达到同等推力还只需要化学燃料引擎所用的推进剂的1/4。另外，按照这个说法，MS-09的气垫移动有5个小时的续航力。

 

和这个引擎应用同种原理的水中引擎被称作热核水流喷射引擎。这种引擎不是吸入空气而是吸入水，再经核融合炉的高温将其蒸发后喷射。由于水流可以充分的吸收炉心的热量，所以这种引擎不需要额外的推进剂(榛注：更关键的是不需要额外的冷却剂吧，果然水是好东西，能当冷却剂又能当推进剂，说不定还能当供氧剂，而且有了它，妈妈再也不用担心我的吉翁水产射不出MEGA粒子炮了)。

另外，使用热核水流喷射引擎喷水移动的方式被称作【Hydro·Jet（水流喷射）】。这一技术在旧世纪就已经完成，时至今日，非核融合炉加热版本的这类引擎仍旧被广泛应用。MS的资料中常常只记载了【Hydro·Jet·Engine】【水流引擎】这样的名词，使得无法判断大多数这样的系统究竟是否使用了核融合炉。本书在这些情况下选择尊重原典，选择和原典一样的名词来记载。

 

2.6. 核脉冲推进

 

核脉冲推进是利用粒子冲击来进行推进，在原理上和前文介绍的所有推进方式都不同。这种推进方式是利用核爆炸形成的粒子冲击所带来的作用力。简单来说，就是通过连续引起核爆所带来的反作用力（脉冲=冲击波）来加速物体。(榛注：核脉冲推进系统在现实中有过实际测试，是美国的Orion计划中的一部分，当时选用的是原子弹脉冲方式，比冲为1840~2550s、推重比约为4，计划用于250天的从地球轨道到火星轨道的往返任务中，最终由于美苏英签订《部分禁止核试验条约》后禁止在外层空间储存和爆炸任何核武器而于AD.1965年终止了；顺带一提，Orion计划的主要参与人员里有一位叫做“弗里曼·戴森”的科学家，嗯，就是那个戴森球构想的提出者，该位已于AD.2020年2月28日逝世。)

该系统使用的核爆物是由氦3和氘组成的燃料芯块（核聚变芯块，也被称为D-He3芯块）。这种芯块直径大概有3cm，从燃料罐中运出后再通过线性炮高速射出。通常氢弹都需要用原子弹来引爆，利用原子弹爆炸产生的高温来引起聚变反应，而这种燃料芯块也必须借助外力才能爆炸。因此，必须将高密度的能量注入射出的芯块，以此来产生核聚变开始所需的超高温。在燃料芯块到达指定位置后，使用激光或者粒子束向其照射。燃料芯块的外壁部分会因此高温高压化，将芯块的中心部急速压缩，然后核聚变反应就开始了。

由于这个反应是不可控的，爆炸产生的暴风会向四方扩散(榛注：这里的暴风大概指的是离子风、高能粒子风这些类似于太阳风的东西)。由于这种暴风几乎都是由氦4与质子构成的等离子体，所以是带电的，因此可以通过磁场来控制。因此，等离子体会被在前方的由超导线圈生成的凹面状的磁场垫接住。等离子体的动能传导到磁场垫上，并将其压缩，之后由于磁场的复原力，会向反方向将等离子体推走(榛注：结合这段文字和上方配图像来看，推进器的推进板、燃料芯块的外壁都应该有超导体才是，不过到底谁说谁呢?)。利用这个反作用力来使物体向前行进。(榛注：现实中由美国的LLNL、JPL、ETEC、JSC联合研制的行星际空间运输应用运载器计划VISTA与之比较相似，VISTA飞船计划用于执行载人60天火星往返100t有效载荷任务，燃料芯块投入频率为30Hz，不过还有大量额外的氢推进剂投入，预计可产生30000MW的喷射功率、17000s的比冲；实际上，文中这个推进原理更接近于磁帆、太阳风帆，目前并没有找到具体的实验资料，大概是因为现代的热控制技术、超导材料还不够发达所限；倒是利用光压的光帆、太阳光帆被美俄日三国广泛实验测试过。)

燃料芯块以200回/秒的频率不断投入爆炸。虽然规模很小，但如果这股冲击直接接触到物体本身的话，很可能为物体带来破坏。但是，磁场垫起到了弹簧的作用，将物体平滑的推动。激发所用的激光或者粒子束都只需要瞬间性的照射，所以平均起来的电力消费很少。

 

核脉冲引擎与化学燃料引擎相比，能量转换效率非常高，喷射速度也高得多。但是，难以灵活的控制速度，只能专门用于长距离航行任务的宇宙船，或者大质量物体的加速。前者的代表是在木星和地球圈之间往返的氦3运输舰，后者则是小行星和殖民卫星的移动。

 

关于核脉冲推进在人形机动兵器上的应用，出自《GUNDAM WARS I》的Epsy高达上搭载有核脉冲推进系统BLOSSOM系统：

 

      “BLOSSOM系统的实质是将大型宇宙船用的核脉冲推进装置小型化到可以搭载在20米级的MS身上。

 

      如下图所示，通过电磁炮向机体后部高速射出微型氢弹,达到核融合点的瞬间发射背部高出力光束炮，以此进行点火。由此爆炸产生的爆风受到背部的4枚帆板所发出的强力电磁场作用，产生反作用推力。这个过程以第秒100次为基准进行，以达到加速和长时间动作的统一。

 

      本来这个系统使用的是碗型帆板，但此次尝试制作了4块简略型的帆板。具有强大力量的4块帆板的基部，乍一看好像很脆弱，但由于采用的是新式的高达尼姆ε合金材质，因此强度非常高”

（⑨注：搭载BLOSSOM系统的Epsy GUNDAM开发计划因为U.C.0087年4月13日测试失败，该记录失踪，因此开发计划很可能已经被中止，本机开发的理想目标并未实现。（Master Achieve））

2.7. 激光推进系统

 

在一年战争之后，为了提升离开月球重力圈的速度而设置的系统。此系统常常因为名称被人误解为通过光压推动物体的激光反作用力推进。但事实上，本系统是接受激光发生站发射出的高能激光的照射，并以此来加热、喷射推进剂的系统。(榛注：现实中的激光推进分为激光光压推进和激光热推进，这里所说的就是激光热推进系统，查了资料说明，比冲为800~2500s，有效载荷大于15%。)

 

热核火箭有为了推进剂的喷射必需加热系统这个缺点。极端的说，在定期航线航行的宇宙船，在得到初速后，一直到目的地为止都使用惯性航行也无所谓。若是如此，便可以抛弃只需要使用一小段时间的加热系统，如果省略了这部分的话，不仅舰船的有效载荷会增加，建造费用也会降低(榛注：吐槽一下，无论是UC里的还是现实研究里的热核火箭怎么都需要散热降温，特别是现实研究里的可能还得先用烧水发电方案，因为要散热，冷却剂偶尔也充当推进剂的作用也是有实际需求和性价比在的；然后皆河你说，热核火箭抛弃加热系统???)。因此，将这个加热系统置于船外就是激光推进的特征。

 

另外，利用这个系统可以让推进剂以超高温燃烧。比如说，设置在冯·布朗市的激光发生系统有三座，这里射出的激光可以产生匹敌核爆的高温（0083年的迪拉兹纷争期间，由迪拉兹舰队夺取并移动到向月球坠落的轨道的殖民地伊兹岛的核脉冲引擎便是由这个系统点火，这一事实近年才公之于众）。因此，拥有加热系统的舰船也可以通过这个系统的辅助获得单靠本机系统所不可能达到的高加速。

 

但是，这个系统必须依靠舰艇的专用受光装置和大规模的激光发生站，难以脱离特定航线外使用。这个系统主要由需要脱离月球重力圈的民间商用船使用正是因为这个原因。(榛注：另一方面，现实中的激光热推进系统也有在大气层内使用的研究和实验，主要是中美这两个国家，中国似乎更比较感兴趣这个用途。)

 

军用舰艇极少采用激光推进系统，只有其中以天马级强袭登陆舰<阿鲁比昂>上的实验性搭载为代表。在获得高加速的另一面，对于那些不以定期航线为目的的舰艇而言，加装激光接收装置的载荷浪费是最大的问题。

 

另外，这个系统也经常被称为【轨道间传送激光】或【Ignition Laser】。

2.8 核热驱动式组合循环发动机

在一年战争时期大部分MS并不具有在低轨道飞行的能力，所以在低轨道飞行并没有列入重点研究的范畴，不过在格里普斯战役时期投入的Zeta GUNDAM则在设计时考虑了大气圈再入的相关问题，自然，Zeta也必须面对旧世代空天飞机在低轨道减速时从高超音速到超音速再到亚音速所要面临的的空气动力学问题。

下图为Zeta GUNDAM的腿部分解图中的主推进器FXA-01：

FXA-01主推进器采用了在大气层内外都能使用的组合循环热核融合双引擎RE-M86-Tw，专为MSZ-006的WING BINDER设计的该引擎最大特征在于两侧的开口都可以切换进气及喷射。

RE-M86-Tw作为涡轮喷气-冲压-火箭组合循环发动机(Trijet)，可以在多种模式下切换：在大气圈外是热核火箭引擎，下降到大气圈后高速飞行时是冲压喷气引擎，而在低速飞行时又成了涡轮喷气引擎。通常，大气圈内的涡轮喷气引擎为了压缩吸入的空气会具有压缩机的构造（如前图（a）涡轮喷气发动机），但RE-M86-Tw通过应Minovsky物理学使用拟似重力波（PGW，Para-Gravitational Wave)予以代替。环装多重配置的PGW将引擎内部的空气进行压缩。这样获得的高温气体向后方排放以此获得推力。顺带一提，在太空中，作为推进剂排出的质量是通过蓄热来冷却机体的冷却液。

由于利用了PGW，MS模式下在空中用喷射来控制机动也成为可能，但WR模式的话在飞行状态下引擎内提供了更高压的空气，所以可以高速巡航。利用高温气体逬行推进，因此不考虑战斗机动的巡航状态下是不需要推逬剂的，飞行可以靠向引擎供电来持续下去。

 

3.    基于米诺夫斯基物理学运行的推进系统

 

虽然宇宙世纪世界观中的推进系统大都有在现实世界的原型，但还是有部分的推进系统是根据米诺夫斯基物理学来运行的。而这种系统的的代表正是正是米诺夫斯基推进单元（Minovsky Drive Unit）。

 

3.1.       “光之翼”（MDU之一）

 

相对只能进行低速移动的米诺夫斯基飞行系统，米诺夫斯基推进单元理论上可以加速到亚光速，最大实现20G的加速度。V2上配备的呈V字状的米诺夫斯基推进单元单元会从米诺夫斯基力场中央产生推进力。

另外，在高速机动时，无法封锁的高能量米诺夫斯基粒子会产生最大1公里的光束带“光之翼“。光之翼所展开的空间中米诺夫斯基粒子力场混乱，无法使用米诺夫斯基飞行系统，同时超高速的金属粒子对电流产生干涉波，严重影响各种电子设备。

顺带一提，光之翼也可以作为Beam Shield使用。利用肘部的光束发生器截取光之翼的一部分使其回旋到机体前方形成防御态势（在天使之轮上对高特拉坦的作战中被使用过)。

3.2.       “幽灵之光”（MDU之二）

关于”幽灵之光”的节选见下：

 

MDU以零件为单位的喷射实验有某种程度上的成功，但因主要在技术面不够成熟，剩余能量的光束粒子“光之翼”的喷出，超乎意料地不稳定，为了抑制而在全身做出小型的“光之翼”喷射口(在减轻内压的同时，也可以将它们当作副推进器)，并且为了从外部以强力的IF来抑制，而置入了不同的控制系统。…………散热问题也尚未解决，已经预测到就算启动了，名为“幽灵之光”的MDU使用极限，也只有15分钟左右，因此不得已配备了强制冷却荚，不过就算如此，也只能大约再多延长15分钟。…………与同时代中一样配备MDU的V2高达比起来，Phantom的MD的完成度最多只有50%吧(连V2的MD，离完成都有很大的改进空间)。不过，就结果而论却让它全身包覆了强力的IF，对光束攻击的防御力极为优秀，可说是一架视使用方法不同，蕴藏了可大幅颠覆战局能力的机体。

3.3.      米诺夫斯基粒子电推进

搭载于为了与卡多决战而更改装备的高达GP03上，本装备有两层装甲，其造型neta自Gundam Fix Figuration的高达GP03。

 

推进系统是喷射等离子化的Minovsky粒子的电推进引擎。

 

虽然木星船之类的大型舰艇上已经实装了脉冲引擎，但给MS使用的小型脉冲引擎还没有实用化。本技术仍处于试验阶段。(榛注：夏元尼玛说的是米粒电推进还是核脉冲推进啊！！！)

 

电推进系统产生的速度随电压功率的变化而变化。是一种理论上可以超越化学引擎无法超越的【光的速度】的技术。(榛注：无论从现实物理还是从米氏物理来看，夏元都在瞎几把扯淡，火箭不懂、电推进不懂、米粒子设定的属性也不懂，却假装懂推进原理。。。。。。)

 

但是，现在将这个技术装到MS上还是太早了。(榛注：应该说，让夏元写设定还是太扯淡了才对。)

 

(南注：夏元懂个p的物理学。 榛注：夏元放飞自我瞎搞事，是不是不算进正史的作品就可以随便搞?! )

 

3.4.     米诺夫斯基浮游引擎

米诺夫斯基浮游引擎搭载于机动战士高达UC中的巨型MA尚布罗：

……通过并用装备在肩部装甲内侧的MHD（电磁流体诱导装置）(南注：这东西详细设定不多，想要弄清楚到底是个啥的话，或许可以参考一下全金属狂潮的EMFC 榛注：全金属狂潮中的TDD-1所用的EMFC的相关设定，请参考附录II)与手腕的米诺夫斯基浮游引擎，使得本机在潜航时有着极高的静音性与机动性。(南注：米诺夫斯基浮游引擎的原理和米诺夫斯悬浮装置类似，但本身并没太多设定，在小说的设定集中甚至连引擎这个词都没提。)

 

3.5.   Master Archive系列自己的米诺夫斯基飞行系统

 

<V GUNDAM>上作为推进装置的并非是过去MS所搭载的化学火箭和热核融合火箭,其搭载的是利用丰富电力的一种粒子火箭引擎(只不过一部分机体上留有老式的姿态调整推进器)。该推进装置将发电机产生的Minovsky粒子靠电压等离子化之后送入强磁场中,等离子的流动电流和洛伦茨力使得等离子被逼出去成为推进力。该<V GUNDAM>的推进装置被称为"Minovsky Flight"。

 

通常Minovsky粒子在自然界是以立方体格子状构成，所以无论多高的电压也好，多高的高温也好,都不会等离子化。这种性质被用于负责将核融合的等离子体完全封闭起来，但是近年来，在高温下向低压室充填的Minovsky粒子在具有某特定频率的高电压脉冲电流和同样特定频率的强脉冲磁场组合下能被等离子化。利用这种性质，Minovsky粒子本身就能成为推进剂，于是开发出了这样的引擎。

4.    后记

 

仔细算起来本篇文章也算拖了很久了，这篇文章最早的构想差不多是和那篇非米学光束兵器刚开始翻译的时候就提出了，本来原本只把off的章节稍微翻译一下，结果后来高野加入之后就一起搞了这样一篇复杂而完备的东西。其实主干翻译内容3月中旬就搞定了，但高野一直比较忙所以到现在才发出来(摸鱼拖更魔头)。

 

这半年想写点啥的时候就一直想，高达相关的内容想做一部分机设之外的内容。机设的关注度一直比较高，在这方面专注的大佬也比较多，所以经常怀疑自己做这些内容的意义啥的（笑）。希望大家从今以后，也能从不限于“高达”的角度来认知高达的世界，去探索前辈们为了让这个世界完善而做出的空想的科学。

 

今年下半年开始我也要正式入读大学了，从今以后可能不会再有那么多时间去放在高达上。别的先不说，写这么篇长文章的精力肯定是短期间内没有了。这篇文章也算是我从18年开始深究设定以来最为完善的一篇东西（当然少不了高野的帮助，没他我也理不出这么精细的东西），希望大家能认真读完。也希望这篇文章能让大家对高达的部分设定有更深刻的认识，让更多的人开始一起研究高达的设定。

 

最后，由衷的感谢无私奉献扫图的文姐，没有她我的工作无法进行。也感谢其他扫图与翻译人员，正是有了你们的成果我今天才能一步步整合出这篇文章。最后，感谢所有参与本篇文章制作的成员。

 

高达的世界并非只有MS。

南部，AD.2020年7月24日

5.    附录I - 齐奥尔科夫斯基火箭公式

由此可得，在太空中运行的火箭的速度是和比冲(或者有效排气速度)、初质量与末质量(干质量)之比相关的，而和推力的大小、经历时间无关，也就是说——并不是推力越大则最终速度就越大的；同时可得，最大推重比或最大加速度出现在发动机工作刚结束前，此时推进剂刚刚耗尽。

6.    附录II - 全金属狂潮中的TDD-1所用的EMFC

节选自《全金属狂潮 短篇六 无法期待的六法全书》的后记：

 

※ EMFC（Electric Magnetic Fluid Controller）
　　……电磁流体制御装置。“Tuatha de Danaan”的“智能皮肤（Smart Skin）”。配列在船体表面的超小型的超电导装置群，会按照弗莱明的左手定则将海水诱导向任意方向。除了消除水的抵抗力之外，还有抑制乱流发生的效果。再加上与超传导推进并用，从而实现了迄今为止的潜水艇所没有的静音性能和速度。
　　即使不使用其他的推进机关，TDD仅凭这个EMFC也可以在水中前后左右上下自由地移动（虽然是以至多也就有5节的低速）。在ITB刚开始的部分，在和“帕莎迪娜”擦肩而过之后，TDD能从对手的索敌机动中隐身，就是用了EMFC的“无声步法”从平常的短波阵列的探知范围以外的背后稍下方绕过去的。那种状况下塞拉要是想探测到TDD的话，就要停止静肃航行，即使发出噪音也要笔直地向前高速行驶，然后突然180度回头——也就是来一次所谓的“疯狂伊万”，大概会有效吧。只不过，因为泰莎当然也知道这一点，所以一定会让船体从“帕莎迪娜”下方接近就是了。这样一来，能否发现背后的乱流的痕迹，就全看“帕莎迪娜”的声纳员的本事了。

　　由于这种情况，EMFC甚至可以说是TDD最大的强悍之处，……

       虽然并没有方便到那个地步，但相似的装置在现实中正由NUWC（美国海军水中战中心）研究中。

7.    附录III - 现实中的核裂变固体堆芯推进技术

下图为一个公元世纪热核火箭的理论设计图，然而堆芯小型化的问题并没有解决。

美国NASA的火星运载计划就曾打算使用此类引擎，并称其为Nuclear Thermal Propulsion (NTP) 。上图中的NERVA核火箭，发动机重10.4t、设计功率1500MW、推力333000N、比冲825s，发动机设计寿命10h，可进行60次工作循环，于AD.1972年计划终止时，这种发动机的技术已经基本成熟。

下图为一些早期验证机的比例尺，虽然许多只有一人多高，但推力也并不怎么令人满意，反应堆功率太小会导致推力低、加速时间过长，不利于插入霍曼转移轨道之类的需要高推力的机动。

目前实际出现过的功率最大的核反应堆就是1967-1968年美国测试的太阳神2型核热火箭引擎原型机（下图），理论热功率5000兆瓦，实际热功率大约4000兆瓦，能产生推力250千磅力（约合133.4吨）

8.    Reference

 

機動戦士ガンダム公式百科事典

 

Gundam Perfect File

 

Gundam Fact File

 

総解説　ガンダム事典　Ver.1.5.

 

Gundam Wars Project Z (即所谓GUNDAM WARS I)

 

機動戦士ガンダムゴースト　Vol.4.

 

機動戦士ガンダム００８３ REBELLION Vol.14.

 

MASTER ARCHIVE MOBILESUIT VICTORY GUNDAM

 

MASTER ARCHIVE MOBILESUIT MSZ-006 Z GUNDAM

 

機動戦士ガンダムUC PRISMATIC MOBILES part1

 

ADVANCE OF ZETA THE FLAG OF TITANS Vol.6.

 

フルメタル·パニック！　あてにならない六法全書？

 

先进航天推进技术, 国防工业出版社

 

Advanced Exploration with Nuclear Thermal Propulsion 1 Presented by: Michael Houts, PhD NASA MSFC