碧蓝航线舰船档案:企业·改Ⅴ(3)

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舰船动力系统:
不论是生命也好,机械也好,只要是能稳定存在于这个宇宙中的系统,都不约而同地存在一套维持自身稳定持续运行的机制,而要想维持这个机制,就需要动力。
同理,作为复杂的巨系统工程,KEN-SEN对于动力的需求自然也是十分旺盛的。不管它基于何种目的使用这些动力以及如何使用这些动力,它首先得具备充沛的动力。
为了在任何情况下都能保持充足的能源和动力供应,加上企业号的吨位巨大,一般航母的动力装置肯定无法满足企业号的动力需求。因此企业号采用的是专供特种舰船使用的核-燃联合动力包和一个专门用来验证新一代动力装置技术的特种动力包。
企业号的两个主核-燃联合动力包包括一座FSTTR680型磁约束热核聚变堆和三台ALN/GTE-48型燃气轮机组。其中FSTTR680型核聚变反应堆作为舰船主动力,在通常情况下承担舰船用电的大头;而GTE-48型燃气轮机组则作为聚变反应堆冷启动时输入临界电量的辅助能源及主能源离线时的备用能源。

搭载在企业号上的特种动力包为一座ALATRDL实验性元素衰变验证堆,这台验证堆可谓是人类从原魔方中获得的“天赐知识”的集大成者。它不采用已经比较成熟的核聚变方式产生电能,而是通过夸克间的重组将重元素迅速地衰变为轻元素,从而释放大量的能量。
众所周知,原子由原子核和电子构成,而原子核则由中子和质子构成,质子和中子都属于强子,强子则由夸克构成。而所谓的强子,即是受到强相互作用力影响的粒子。
在四种基本力之中,强互作用力最强,电磁力次之。电磁力是斥力,它阻止粒子互相结合在一起;强相互作用力则是吸引力,它推动粒子结合在一起。正是在强相互作用力和电磁力的斗争之中,粒子获得了平衡,得以稳定的存在。
那么,如果通过某种手段,将夸克之间的强相互作用力减弱,同时增强电磁力。会出现什么情况?
通过解析原魔方获得的天赐知识,人类成功地在实验室里造出了这样的装置。
根据观测,在强相互作用力减弱,电磁力同时增强的情况下,构成强子的夸克会猛然间分散开;加强强相互作用力,同时减弱电磁力,它们就会重新撞击到一起。夸克会重新组合成质子和中子,质子和中子重新组合成原子核,原子核会捕捉电子,形成原子。结果是,不论投入什么元素参与反应,在反应之后,它们都会变成氢元素。这个过程,等于是从夸克层级分裂物质,然后让它们重新组合。就在这样一个撞击过程之中,有大量的质量转化为能量释放了出来。
相比于核聚变来说,元素衰变最大的优点在于,它拥有几乎100%的能量转换效率。拥有此种转换效率的能源装置,在人类历史上还是第一次。
安装在企业号上的这一台反应堆是一台验证机,体积庞大且需要输入临界电力才能开始发电,因此企业不得不在标准动力包的基础上各增加了一台ALN/GTE-48型燃气轮机以补偿动力。虽然有人质疑企业号在舰上安装这样一台试验机是否会得不偿失,但一台元素衰变反应堆加两台额外的燃气轮机让企业号的发电能力飙升倒是不争的事实。以至于企业号的舰载机若是在靠近本舰的时候光靠接受本舰的微波输电就能满足全机的用电需求。
当然,由于元素衰变技术尚不成熟,因此即便为了上舰而进行了种种改良,工程人员仍然对其安全性不够放心,对此的直观表现便在于想要激活验证堆必须需要工程总设计师、港区指挥官、KEN-SEN心智体自己三方全部同意才得以启动,其认证进程甚至堪比授权发射核武器。
对元素衰变验证堆安全性的质疑还表现在严格的运行限制上,使用手册表明,这套系统“只有在舰船急需大量电力,且不能从友军处得到帮助的情况下,才得以允许启用。”也正是因为同样的原因,在绝大多数情况下,企业号还是得依靠两座FSTTR680核聚变反应堆来提供能源。
早在1933年,人们就在实验室里通过加速器加速原子实现了核聚变,然而这样得到的能量连抵消加速原子消耗的能量都不够,至于对外输出能量则更加不要想了。
对原魔方的解析带来了被称为“托克马克”的受控核聚变装置。它的名字(Tokamak)来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)几个俄语单词。
从它的名字当中,我们就得以一窥控制核聚变的方法。
核聚变有两个前提条件,一是要有轻质原子核,二是核聚变反应要在数千万乃至上亿度高温下才能进行。
但问题是,如此高的温度,只有在恒星的内部才能达到,而且,人类目前能生产出的所有材料的化学结构都无法经受住如此高的温度。
但托克马克装置巧妙地避开了这一曾经困扰科学家们许多年的问题。
既然实体物质不行,就用看不见摸不着的磁场来约束。
这就是托克马克的基础设计思想。
利用能产生出强烈磁场的线圈,约束并加热位于环形真空腔室内部的等离子体,不仅引发核聚变反应,而且让反应始终维持在腔室内部,继而实现了对聚变反应的控制。

值得各位指挥官注意的是,核聚变反应堆虽然被誉为“未来能源”,并且已准备在碧蓝航线所属的KEN-SEN中广泛推广,而且这种新的能源装置具备清洁和安全等诸多优点。然而我们必须注意的是,目前任何种类的聚变反应堆要想进行冷启动,都需要一个临界电量来完成抽空反应腔、注入氘氚燃料、运行约束线圈等一系列启动进程。也就是说,任何类型的聚变反应堆都不可能自己启动,要想启动一台不管是基于磁场约束还是基于惯性约束的核聚变反应堆,都需要输入一个不低的起始电量。而这也正是作为舰用辅助动力的燃气轮机组存在的重要意义之一。
燃气轮机(Gas Turbine)是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机。相比于其他舰用动力装置如蒸汽机,柴油机等,燃气轮机的结构最简单,而且体积小、重量轻、启动快、少用或不用冷却水。就算不用核反应堆,燃气轮机也是一种相当优良的舰用动力,而有了核动力后,燃气轮机仍然能作为一种优秀的舰用辅助动力,在特殊情况下还可以与核反应堆一起并网发电,为舰船提供特殊情况下的电力增幅。

然而凡事无绝对,燃气轮机并非毫无缺点,它体积小、重量轻的特点虽然使其单位功率体积指标较蒸汽轮机和柴油机相比优秀许多,然而它却同样具有进气量巨大的特点,这就致使任何安装燃气轮机的舰船都必须配备巨大的进气道,否则便会因进气量不足而无法完全发挥燃气轮机的能力。如果从企业号的舰体上方看,我们能发现她的进气道组位于舰岛后部。经过巧妙设计的进气道组不仅不影响隐身效果,而且还莫名地让舰桥看起来合乎比例,搭配棱角分明的舰体,别有一番美感。
一般来讲,任何舰船的动力舱段在红外线传感器的眼中都会呈现出代表高热的红色。为了避免如此高热成为各种采用红外制导的武器的最好靶标,自近代以来的各种只要像点样的军用舰船都尽可能地采取各种措施以降低热信号。作为全球范围内最先进的第六代KEN-SEN,企业号的动力舱喷涂了石墨烯涂层以降低整体热信号,同时被石墨烯涂层反射的热辐射将会通过专门设置的多段回热系统实现效率约60%的废热回收,这些废热随后会进入燃气轮机的外置二次循环回路,提高燃气轮机的效率。而磁约束聚变反应堆由于众所周知的原因并不会像许多人的想象那样对外持续地逸散超高温,也就不会产生高热辐射。种种措施使得企业尽管具有十六万吨的巨大体量,其外逸的热量却仅相当于一艘十万吨级的大型航母。
值得一提的是,企业号安装的6台ALN/GTE-48型燃气轮机组全部按照动力包划分进行了减震降噪的处理。包括将机组安装在减震浮筏上,动力包舱壁铺设吸音材料等措施。这样处理的目的在于降低舰船噪音,提高敌方水下武器辨识目标的难度。
一台元素衰变验证堆,两台FSTTR680热核聚变反应堆,6台ALN/GTE-48型燃气轮机使得企业号的总供电能力高达300万千瓦,相当于一座中等城市的用电量,足以满足舰体绝大多数情况下的用电需求。
然而有了充沛的能源,还需要与其相称的强劲动力来推动舰船达到设计航速,进而增大舰船机动性。为了达到设计指标,由来自洛克希德·马丁空间系统公司、纽波特纽斯造船及船坞公司、BAE系统、大连船舶重工集团有限公司、铁血工造(SANGVIS FERRI)、明珠先进船舶系统集团(P.A.S.S)的众多资深船舶设计师们组成的联合研发组只得采取当前技术条件下的唯一措施---采用超导磁流体推进系统。
与传统机械传动类推进器如螺旋桨、喷水推进器等不同,超导磁流体推进装置是根据电磁学原理设计的,利用电磁力产生推力的舰艇动力装置。在磁场和电流的相互作用下,由于舰艇与海水之间产生大小相等方向相反的反作用力,舰艇将获得向前运动的推力,且推力的大小与磁场强度和电流大小的乘积成正比。

作为迈入新世纪后得到突飞猛进发展的新一代舰船动力,其无与伦比的安静性和理论航速上限150节的高速性能使得磁流体推进被认为是同核聚变反应堆一样的“未来技术”。然而具有这样优势的先进技术在迈入新世纪前也仅仅是处于实验室阶段而已。真正促进了超导磁流体推进的实用化和不断发展的,是上世纪90年代以来人类对原魔方的持续解析所获得的一些具有启发性和前瞻性的思路。
然而凡事无绝对,没有绝对完美的动力系统,磁流体推进也不例外。为了将海水从舰船前段吸入并经中途线圈加速最后从舰船后端喷出,磁流体系统需要一条贯穿全舰的中空通道,而这样一条中空通道的存在必然会提高舰体建造与结构加工的难度。但在磁流体推进系统带来的巨大战术价值面前,这些缺点实际上都是可以接受的。
除了主推进系统外,企业·明珠还在舰体侧面配备了侧向磁流体推进器,通过一条和主通道连接的歧管和共用部分推进设施,侧向推进器得以在一个较小的空间内实现单个推进器推进功率150千瓦的预定目标。这里需要注意的是,由于磁流体推进系统主要依靠加速线圈产生推力,这就使得采用磁流体推进系统的舰船可以极为灵活地调整推进方向,只要变动流经电路的电流方向就能实现翻转推力,从而迅速地实现从前进向倒车的转换。而通过增强一侧电路的电流就能实现左右转弯,通过两侧电路电势差的变化就能赋予舰船不同的转向推力。便捷灵活的动力方案使得企业号航空母舰具备原地360度转弯的灵活机动能力。
作为第六代KEN-SEN,企业号早已使用各种高能武器如激光武器,电磁炮等替换掉了旧式火炮,实现了“全舰无火药”的目标。这在一方面提高了舰船的技战术水平,但也在另一方面增大了舰船的能源消耗,加上企业号作为前所未有的超大型航空母舰,其电力消耗甚至跟一座中等城市的用电量相当。在这样的背景下,优化舰船的电力管理,减少电力的无谓损耗就成了所有现代舰船需要面对的重大挑战之一。
企业号对此的回应是采用综合电力系统(IPS)。
综合电力系统(IPS)将传统舰船机械推进系统和电力系统合二为一,通过舰船电网为推进系统、高能武器系统、通信、导航与探测系统等提供电能,实现全舰能源的统一供应、分配、使用和管理。

通过采用综合电力系统,企业号得以降低原动机的噪声信号,提高自身的低可探测性。而可采取灵活方式布置的发电机组更是可以降低在舰船遭到攻击时原动机同时损毁的概率,提高舰船生存性。除此之外,采用综合电力推进的推进系统还能提高舰载燃气轮机的效率,其燃油消耗量会较未采用IPS而安装相同原动机的战舰下降10%到25%不等。
尽管单从推进效率来看,IPS不如由发动机直接转动推动轴的方式高。但它可统筹管理推进系统和其他舰上设备所需的电力,从整体使用效率看完全可以弥补这一缺陷。更何况出于系统集成的需要,企业号的IPS本身也早已和整合式舰船域控制系统(Integrated Ship Domain Control System,ISDCS)整合,ISDCS是一个高度集成的机电设备控制系统,它可实时掌握全舰电子设备的详细信息,从而灵活调整电力流向,比如在全速航行时,ISDCS会安排一些不必要的设备以低功率工作或休眠待机以减少耗电量,再将电量用于推进系统;而在战斗状态下,ISDCS会适当减少无关设备的用电量,而将电量用于舰载武器系统。在总发电量不变的情况下灵活调配各系统用电,确保整体效率最优。
舰船主系统:
就今天人类在思潮工学方面取得的成就来看,人类对于KEN-SEN的研究可谓是一日千里。然而在为取得的成就赞叹的同时,我们也应客观地看到,当今人类所能做的一切不过是在应用思潮工学这座已经建好框架的大楼上修修补补。受限于作为理论制导的理论思潮学发展逐渐变得缓慢甚至在某些方面已经停滞,人类对于KEN-SEN的了解仍然不能算得上是全面。
这也就能解释,为何尽管自“曼-托立方(即心智魔方)”问世以来已有约半个世纪,然而人类尚无法通过自身的努力完全解析这个小小的立方体。众多科学家努力了半个世纪后创造的最具革命性的成果,仅仅只是制造出了在特定问题上拥有比当前通行的经典计算机强一万倍的量子计算机。

所谓的量子计算机,就是用量子力学原理制造的计算机。同经典计算机通过电路的开和关进行计算不一样的是,量子计算机是以量子的状态作为计算形式。
通俗地来说,我们日常使用的电脑,也就是学术界常说的“冯·诺依曼结构计算机(即经典计算机)”,不管是屏幕上的图像还是输入的文字,这些信息在硬件电路里都会转换成1和0,每个比特要么代表0,要么代表1,这些比特就是信息,然后再进行传输、运算与存储。正是因为这种0和1的“计算”过程,我们才称它为“计算机(Computer)”。
而量子计算机则基于完全不同的计算原理。利用量子天然具备的叠加性施展并行计算。根据量子力学,微观粒子可以同时处于多种状态(即所谓的“叠加态”)。也就是说0和1在微观粒子中是可以同时存在的。尽管听起来十分不可思议,然而这是已经被观测证实了的没有半点虚假的现象。这就意味着量子计算机可以同时完成多个任务,也就是真正意义上的“多线程”(经典计算机实际上只能在一段时间内运行一个线程,但由于在线程间切换的速度可以十分短暂,因此看上去就像能同时运行多个线程一般),因此具有超越经典计算机的运算能力。每个量子比特,不仅可以表示0或1,还可以表示成0和1分别乘以一个系数再叠加,随着系数的不同,这个叠加的形式可能性会有很多。
尽管量子计算机有着种种优点,然而受限于当前的技术水平,现在的人类只能造出在某个特定问题上超越经典计算机的量子计算机,这也可以说是量子计算机的不完备版本。如果通俗地讲,我们将经典计算机比作一个加减乘除都会的孩子,那么现在人类能造出来的量子计算机就是所谓的“痴呆天才”,它只会算加法,但是算加法的速度比一百个会四则运算的孩子加起来都快。而这便是现今最先进的量子计算机所能做到的极限了。
今天,全世界最先进的量子计算机是东煌科技大学的“九章”,作为新一代量子计算机,“九章”采用了多种先进技术,使得其等效运算力超越上一代量子计算机“悬铃木”一百亿倍。然而这只是九章计算机对于“高斯玻色取样”这一个特殊问题的能力,对于其他的能力,比如进行四则运算,九章就毫无办法了。无疑,这样的计算机是难以实用化的,最多只能应用在一些特殊的领域。耗费大量人力和物力的量子计算机却只有这样的结果肯定不是人们想要的。

那也许有人就要问了,具备全能性,能在几乎所有领域发挥作用的量子计算机是否存在呢?
我们给出的答案是“有”,而且它早已存在于世了。
这便是所有基于定向诱导衰变技术,从“曼施坦因-托勒密立方(即心智魔方)”中诞生的KEN-SEN们最重要的部分---心智核心。
作为半能量构装体生物,舰船的智慧从何而来一直是科学家们研究的重点,而随着近代以来科技的进步,学术界开始倾向于同一个结论,那就是舰船的智慧主要来源于她们身体中那台具备全能性的量子计算机。是这台全能计算机超强的运算能力赋予了她们智慧。
当然,尽管正如同人类智慧不完全由大脑决定,身体各组织器官和大脑间的相互作用同样重要一样,舰船的智慧实际上也不完全由心智核心决定。但简单地来讲我们确实可以这么认为:舰船的心智核心,是舰船具备智慧的关键。
这样的认识大大推进了人类量子计算机的研究工作,毕竟如果有一天人类能够制造这样拥有全能性的量子计算机,那无疑会极大地推进人类社会的发展,甚至有可能一举终结掉塞壬的威胁,进而迈入伟大的星际殖民时代。
然而抛却科学家们美好的远景目标,截止到现在,人类仍然无法在量子计算领域取得革命性的突破。这也使得舰船们的心智核心暂时具有不可替代性。
作为一艘碧蓝航线标准型KEN-SEN,企业同样遵循了当今所有KEN-SEN的标准配置---配备模块化量子处理器集群,又称“心智单元”的指向性KEN-SEN心智核心,和作为量子计算机辅助运算模块的ALAS/CC1600并行式经典计算机。其中,除了那个指向性KEN-SEN心智核心是不可替代的以外,其他的部分都是可以实现插拔更换的商用现货(COTS)。通过借鉴商业标准和趋势,使得CVGN-1101的舰载主机能够获得持续更新与增强,获得了升级效率和灵活性,在一定程度上降低了研发成本和生命周期成本,并使其具备快速部署能力,系统重构能力和多变的任务适应性。而且,通过使用技术上业已成熟的商用标准,更是能降低研发风险,节省资金。
尽管人类暂时还无法制造心智核心,但是对心智核心进行一定的拓展和强化总还是能做到的。被称为“心智单元”的模块化量子处理器集群便是人类将量子计算领域的成果与人类思潮学的产物结合的又一次新尝试。

前面提到过,现有的量子计算机(或者叫“量子处理器”可能会更贴切些)只能做到对单个问题的超高速运算。而所谓的“模块化量子处理器集群”,就是将成百上千个对不同问题进行运算的量子计算机并行。从而实现近似经典计算机的全能效果。
当然,这里需要说明的是,不管心智单元究竟怎样接近“全能”,是99%也好,99.9%也好,乃至99.999999999%也好。但在现实生活中,和真正100%全能相差的那1%、0.1%,还是0.000000001%总是会在长期的工作后被放大无数倍,最终变成无解的系统致命错误(Fatal Error)。因此,对于任何搭载了心智单元的KEN-SEN来说,在心智核心工作一段时间之后,就必须进行对心智单元的重新校准与重定向,保证加载的心智核心时刻处于良好的工作状态。
依照人类目前的平均技术水平等级,任何采用Versio 5.0版本前心智单元进行认知觉醒的KEN-SEN,建议至少半个月进行一次心智校准(Mental Calibration)或附属模块重定向(Auxiliary Modules Direction)。而采用5.0版本后的KEN-SEN,这一时间可以延长到一个月。
随着时代进步,作为当今人类反塞壬战争中最重要战略物资的心智魔方也在不断更新迭代,截止2022年7月份,心智魔方的最新也是最先进的版本为Versio 12.7.2。这个新的版本拥有14个心智单元插槽,最多可以容纳14000个心智单元,也就是14000个量子处理器。每一位通过技术植入而升级到最新版本的舰船都可以通过“认知觉醒(Cognition Awaken)”进程插入足量的心智单元而使自己的综合能力评价等级突破100级的限制。而随着时代的发展,目前所支持的最高等级已从上世纪四五十年代的120级提升到了150级。

在碧蓝航线最高司令部的各种作战想定中,作为基本作战单元的舰船们往往面临着各种极端情况,比如通讯中断,弹药耗尽,舰体严重损伤等情况同时出现。在这样的情况下,为了保证最基本的生存,要求舰船必须拥有足够强的运算力应对各种极端情况,否则便会一下子陷入困境中。为了运行包括认知模块在内的各种高级功能,一般普通舰船的心智核心可供升级改装的空间本来就不是十分充足,更别提近代以来随着海战技术的不断发展,各种先进武器和设备都需要挤占心智核心的运算量,这就导致单一的心智核心无法很好地应对现代战舰那密密麻麻不同种类的各种设备需求。
对于这个问题人们的解决办法是:加挂更多的核心。
早在上世纪七十年代,为了解决这一问题,人类就开始了能够协助舰船心智核心进行高强度运算的辅助KEN-SEN开发计划。这便是今天碧蓝航线圈子内无人不知无人不晓的“布里(UNIV Bulin)”计划。
“布里”计划虽说自上世纪七十年代就已开始,然而直到上世纪90年代后才取得了突破性进展。发展至今的布里计划,已经分化出了三种针对不同等级心智核心的辅助舰船:泛用性布里(UNIV Universal Bulin)、试做型布里(UNIV Trial Bulin MKII)和特装型布里(UNIV Specialized Bulin MKIII)。尽管她们的外貌,性格等都有一定差别,但是她们的内核是基本一致的。
那便是一颗不同等级的指向性KEN-SEN辅助核心。
这种辅助核心是迈入新世纪后人类在思潮学方面取得的最重要的突破之一,其重要程度甚至可以与心智魔方的诞生相提并论。作为一颗人造的次级心智核心,它虽然在认知模块等高级功能方面不如一般的舰船,但却可以通过思潮诱导融合的方式与舰船原本的心智核心“融合”在一起,从而大大提高舰船本身的运算能力。
一艘舰船想要改量变为质变,将自己心智核心的运算量提升到一个新的台阶,就需要申请进行“舰船突破”,消耗布里的辅助心智核心和各种材料,然后便能大大提升自身运算力。

突破后,舰船的运算力将会获得极大提升,而这些多出来的运算力可以用于增强舰船的性能,包括解锁相应技能,增加攻击次数,解锁专属弹幕等。
不过需要注意的是,往原本心智核心上加载次级核心的方法虽然会提高舰船的运算力,但同样也会提升舰船的能量消耗和系统负载。尽管工程师们已经采取了各种方式尝试优化,但以目前的技术水平来说仍然只能做到一艘舰船最多加载7个的水平,而且系统负载越大,想要第二次乃至第三次地将计算力显著提高所用的核心和物资的需求量就越大。
比如一般舰船在第一次和第二次突破时只需要1个次级心智核心,在第三次突破时由于系统负载上升,需要两个核心才能使计算力水平得以显著提升;而想要使计算力再提升一个台阶,就必须进行第四次突破,第四次突破能将舰船的运算力再提高三倍左右,仅为第一次突破提升10倍的三分之一,但却需要三个核心,资源消耗足足是第一次的三倍。至于第五次突破……除非有舰船想心智核心过载进入心智冻结状态,否则以当前技术发展的趋势来看,想要实现第五次突破起码得等到本世纪中叶。
由主心智核心、次级心智核心和一定数量的心智单元构成的“舰船主机(KEN-SEN Main Frame)”是一艘舰船在其舰生的绝大多数时间里使用的主要计算力来源。而ALAS/CC1600并行式经典计算机则作为应急备份,一般情况下都处于待机或低功率运作的状态,只有在舰船急需大量运算力,或心智体陷入无可挽回的心智冻结状态的情况下才会以最大功率运行。这种基于东煌“神威·太湖之光”超级计算机发展而来的计算机虽然仍然是冯·诺依曼结构,但它的好处便是在于稳定性强,效能高,在各种条件下都能良好地运作,保证舰船在任何情况下都不会失去基本的自保能力。



