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作者:benson_wind

(编者注:本文为征文009【游戏组】对决【动漫组】的获奖来稿。)

话说第二次世界大战给全世界带来了难以估量的毁坏,而追溯其起源,似乎人人都把矛头指向同一个男人:野心勃勃的阿道夫▪希特勒。于是,我们正义的英雄:阿尔伯特▪爱因斯坦教授挺身而出,开着他独自研制的时光机回到过去,“抹杀”了这位全人类的公敌。谁料由于历史被篡改,没有德国压制的苏联迅速崛起,坐上独裁者宝座的约瑟夫▪维萨里奥诺维奇▪斯大林举起了入侵欧洲的大旗……

这是新出的狗血穿越剧的剧本吗?不,这是《红色警戒》系列开篇的剧情梗概。作为一款老牌的RTS游戏,《红色警戒》系列几乎见证了这个游戏类型从产生、发展到最后长盛不衰的全过程。抛开游戏性本身的表现,以冷战为背景和题材的剧情以及天马行空的构思和设定也是极其重要的一个方面。最新的第三代更是把日本一并扯了进来表演“高达VS天启”的大混战。而我们今天要谈的正是出自系列第二代,在第三代又被发扬光大的苏联方面主要科技:特斯拉兵器。

在《红色警戒2》的原始设定中,盟军与苏联的武器具有鲜明的地域性和文化性差异。盟军的科技得益于爱因斯坦的光学理论研究,利用类似于激光的大功率光束借助棱镜反射来打击敌人,代表武器包括光棱坦克和光棱塔,给人以现代、文明、高效的感觉,但整体上却有单薄、脆弱之感;而苏联的科技在游戏剧情中来自于命运被修改了的特斯拉。由于爱因斯坦的穿越,特斯拉缩短了在美国的逗留,受斯大林的邀请,特斯拉参与了苏联方面武器科技的研究,开发出了匹敌盟军的电磁科技。苏联的单位一向大而笨重,质感十足,有一种北方民族的豪放之气。作为电磁科技的代表,磁暴线圈霸气十足,“呲啦”一下,世界就清净了。与《红色警戒》中架空的历史一般,大量的超现实兵器接连挑战玩家的眼球。当你的视线被天气控制器和超时空军团吸引到无限跃迁的异空间时,可曾想过,其实历史上真的存在着特斯拉的传说,还有他那神奇的线圈。

尼古拉▪特斯拉,出生于克罗地亚,交流电动机的发明者,杰出的发明家、物理学家、机械工程师和电机工程师,在历史的记载中如同神一般的存在(以下为无责任YY不保证来源可靠):

  • 据说他的发明包括交流电、无线电、雷达、出租车计程表、遥控机器人、电影《科学怪人》里的电流装置……
  • 据说他把地球作为内导体,地球电离层作为外导体,利用环绕地球一周的低频电磁波,类似无线电台广播信号一般地广播能量……
  • 据说他曾与美国政府合作进行过一个被称作“费城实验”的项目,用七个强大的特斯拉线圈(下文详细介绍)为一艘驱逐舰提供能量,结果后者突然消失,重新出现时船上的船员无一人生还,有些人甚至与船体融在了一起……
  • 据说历史上赫赫有名但至今悬而未解的“通古斯大爆炸”源自于他的神秘研究,当时他已制作出电压高达一亿伏,电流一千安的谐振变压器……
  • 据说…………

……

好像已经不用再说了,特斯拉被誉为“人类历史上公认的两个旷世奇才之一”(另一个是达芬奇)。他的一切随着他的逝世逐渐被掩埋在历史的深处,我们今天要八卦的内容自然源自特斯拉生前最引以为豪的发明——特斯拉线圈。

我们谈到的特斯拉线圈(Tesla Coil),即俗称的磁暴线圈,是一种利用谐振变压器产生高压的电弧发生器。所谓电弧,其实是空气或其他介质在强电场作用下发生各种效应形成的放电通道。通常情况下,空气中极少含有带电质点,标准条件下平均每立方厘米中仅有1000对正负离子。当外加一个电场时,带电的粒子在电场中做定向运动,难免与其他的粒子发生碰撞。如果由于碰撞转化的动能足以使被撞的粒子发生电离,就可以得到一对新的带电粒子。这样的电离过程在外电场大到一定程度时发生连锁反应,电子数目如雪崩般增加,即形成电子崩。被充分电离的空气是良好的导体,这样便形成了相当可观的放电电流。由于存在一个带电质点不断产生和消失的过程,伴随着原子不断地处于激励状态然后跃迁释放光子,宏观上来看就是明亮的弧形光路和“呲呲”的火花了。

从上面的放电机理来看,想要形成一定长度的电弧必须有足够强大的外加电场才行。特斯拉使用的是被称为谐振变压器的升压装置,说它是是变压器也许有些牵强,称之为串联高压谐振器似乎更贴切一些。人们通常使用的交流电作用在电阻、电容和电感上时是不同的。相同频率和相位的电压,加在电容上时会使电流滞后,而加在电感上时反而会使相位超前。如果我们把电容和电感串联,调节它们的大小使得流过电流的相位不发生变化,这时惊人的事情出现了:电容和电感以相同的频率交换能量,而对于它们之外的元件则表现得就如同不存在一样,好像一根导线,我们称这种现象为“谐振”。此时,电流达到理论上的最大值,作用在了变压器的初级线圈上,特斯拉线圈就是用这样的原理来产生高压的。

如图,一个完整的特斯拉线圈主要由以下几部分组成:

特斯拉线圈电路原理简图(图片来自维基百科) [1]

首先,外部电源向主电容充电,当电压达到间隙的击穿电压时,间隙击穿,电容和互感器的原边线圈形成LC振荡,由于初级线圈很粗很短,而次级线圈很细很长,因此就感应出一个高达几十万伏的高频电压。

后面的事情就简单得多了:高压的次级线圈在空气中寻找放电通道,释放前几个阶段积攒起来的电荷,如果来不及放电或无法构成通道,它会把能量再还给初级线圈。因此,除去不可避免的线路损耗,可以说特斯拉线圈是清洁无污染的。传说特斯拉本人非常精于调节电容电感的大小使他们谐振,顺便说一句,这个看起来极其简单的操作,实际执行起来可远没有想象中的容易。

经过如上的分析,我们可以明显注意到有一个问题,那就是作为一件武器,特斯拉线圈有一个致命的缺陷——高压放电时电流通常会走阻抗最小的通道,不管流经的是敌人的炮台还是自家人的脑袋……因此,Westwood虚构了一种可以强迫电流改向的技术,为我们伟大的社会主义阵营保住了一条足以匹敌资本家院子里亮晃晃光束的紫色电弧。

另外,游戏中另有磁暴步兵和磁暴坦克这样相同装备的单位,同样的技术使用在三个不同的地方,足见其地位与价值(我看是Westwood想偷懒吧~)。有趣的是,当我方的电厂被敌方打掉无法正常供电时,一切用电单位都无法使用了,但这时只要在磁暴线圈的附近放上两三个磁暴步兵,你会发现一度黯淡的初级线圈又重新燃起了闪亮的紫色电弧!这可能吗?

我们可以回头看看线圈的最末端,与其说它是一个一端对外开放的变压器,还不如说它是一根巨大的天线。它像收音机感应信号一样感应周围的电磁场,如果我们把磁暴步兵手中的便携式特斯拉线圈的输出端频率调节至与母线圈一致,理论上就可以在二者之间建立一条电磁能量通道。与游戏不同的是,靠谐振交换能量的两个线圈应该尽量避免发生放电。由于二者中一方靠另一方供给能量,要求传输的效率要尽可能的高,表面放电会造成无谓的消耗。不知是否是出于视觉上的需求,或者也便于玩家注意到在做“充电”工作的步兵们,Westwood用一条黄色的电弧连接了二者,但这分明表示二者间已经构成了放电通道,利用电弧形成的良导体直接对线圈进行充电。虽然理论上也不是讲不通,但现实中即使是很短的距离也很少有人以击穿空气为代价来仅仅换取一根导线的作用。

实际上靠谐振来无线输送电力的实验也已在进行中,不过远没有游戏中那么暴力,就是点个灯泡啊,给MP3充充电啊什么的,而且要是真让我看见自己的手机电池和充电器间不是靠电线而是电弧“安稳”地连接在一起时,先不考虑这样的“无线”是否还有意义,赶紧麻利点儿撒丫子跑吧,电弧不长眼啊!

最后一个可以吐槽的地方是线圈头顶圆圆的感应圈。说起感应圈,它本身就是一个由低压产生交流高压的装置。变压器产生的感应电动势正比于电压的变化率而不是电压本身,感应圈利用一定的方法快速开断电源,可以使得输出电动势变得很高。我感兴趣的是它的形状,为什么是圆的呢?我们常见的高压设备头顶一般倒都是圆圆的,为的是均匀附近的电场以免发生放电(话说第一次做高压实验的时候连口袋里的钥匙都掏出来拿走了,因为害怕尖端放电)。而众所周知在曲率半径越小的地方电荷越集中,因而场强也越强。高压设备应避免对空气放电所以才加了屏蔽罩,但特斯拉线圈一放电装置为什么也是圆的呢,而且好像体积还不小?恕鄙人无能,不明所以,欢迎指导。

综上所述,除去技术上的若干困难,高压电弧无疑是一件绝佳的武器。它的作用机理同天空中的雷电是一样的,因此是杀伤方式包括高电压,强磁场和焦耳热的复合效应武器,感觉上很有点炮姐的味道(因为电磁炮本身的物理伤害好像在动画和小说中被弱化了,让人无语的五十米啊~)。试想多少个世纪以来,还未从神话的幻想中走出的先人们就构想过借助雷电的力量来蹂躏敌人,而如果哪个打着魔幻或者奇幻题材的作品中没有“落雷术”这种标着“法术等级1,敌单体攻击,属性伤害”的元素魔法,作者绝对只能让一群群大法师们撸起袖子提上法杖上去肉搏了。雷电是大自然的奇迹,是上帝的神威,是贯通天地的一条锁链,是赵灵儿施给逍遥哥哥的第一个法术……

而如今,渺小的人类却用自己的方法重现了这一美丽的弧线,这就是男人的浪漫!

参考文献:

[1] Tesla coil,http://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_coil

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51 Responses to “【游戏组】我看《红色警戒》中的“磁暴线圈” ——原理、实现与分析”

  1. 雪线说道:

    磁暴线圈在红警95里面已经出场了哦

  2. 雪线说道:

    求达人考证一下特斯拉同志离奇的事迹里那些是靠谱的……

    • 方弦说道:

      除了第一条都不靠谱……

    • itsuki说道:

      交流电,无线电,雷达,遥控,无线送电是靠谱的...

      PS,我认为ra95里设计上圈圈正是想不被电到自己...

    • aa12说道:

      如果是指文中那几条的话,第一条是真的,第二条是他的设想,但是涉及到太多方面的利益,最后泡汤,第三个是红警95的剧情,第四个……以我的知识范围只能说那是口胡文……

  3. sixear说道:

    不玩红警3;支持特斯拉的研究;支持自由能源。

  4. 方弦说道:

    钻头才是男人的浪漫啊魂淡……

  5. diesirae说道:

    这东西从1代开始就是红军的镇宅法宝,那时候是蓝色电弧,而且造型也没这么蠢……另外话说闪电术虽然等级一般都不高,但也不至于才lv1,dnd3版貌似是法师/术士的3级奥术,施法者手指尖端放电……从天上劈雷那是德鲁伊的8级大招了

  6. atusoft说道:

    集科学,历史,传说,游戏于一身的好文啊

  7. doyle说道:

    是赵灵儿施给逍遥哥哥的第一个法术.

    远目。。。

  8. 狡童说道:

    炮姐貌似是因为几十米后硬币就融掉了=v=

  9. 南宫潜水说道:

    好吧,特斯拉线圈武器在红色警戒一代里就已经出现了……

  10. Izual_Yang说道:

    炮姐那是因为游戏币威力有限吧(涡流会融化硬币)。
    大刘表示雷球才是男人的浪漫。

  11. hoho说道:

    好复杂 物理的东西已经看不懂了

  12. 二次元说道:

    很有趣的文章,里面那个电什么的看不懂啊,不学物理好多年了——。不过红警还是玩过的,共和国之辉最经典的

  13. 匿名说道:

    昨天看的达人秀里有个16岁的孩子,表演的就是这个,像磁暴工兵一样,很吃惊!

  14. 匿名人士322145说道:

    还是魔兽里边先知的电比较先进…

  15. David说道:

    给点专业精神,那个电路图,高压线圈出来的是交流电,怎么着也得给个二极管整个流,甚至搞个倍压的模块吧,呵呵。

    • aa12说道:

      嗯,等几十万伏的电压通过你的“整流二极管”的时候有趣的事情就该发生了……
      另外,电弧放电干嘛用直流电?

  16. tririver说道:

    学习了。小时候玩红警,英文似懂非懂,还不知道和爱因斯坦有关 😉

    话说线圈放电的定向,是不是可以通过先打一束激光来加热空气实现?

  17. stryandk说道:

    哦呵呵~原来气象战士讲的是爱迪生跟特斯拉的故事……

  18. thorne说道:

    怎么感觉在geek杂志上看过这个内容

  19. 抱鱼睡的猫说道:

    笑惨了。。哈哈

  20. 生命收割者说道:

    呃…………记得果壳那里好像看过电容电感组合似乎是用来限制频率在一定范围内的交变电流通过的啊,这个对直流交流作用不一吗?
    作为一个游戏宅,表示磁暴塔很好很强大,它上面搞成圆的可能是为了不让它乱放电,如果不计花花草草的话,敌人手中的枪是尖的……尖端放电……
    作为一个动漫宅,炮姐大赞!不过的确,railgun威力的确削弱了,御坂妹妹那几集,当妈硬挡了一击居然没领便当,还可以将一方通行打到流鼻血……要说威力的话,某科学超电磁炮中,将那个机械钳子一击打飞,看着感觉爽爆!!
    作为一个扯谈空想家,觉得既然电磁波可以在自己的场中传播,那么我们也可以搞一个类似的场,让电流定向流出,嘿嘿……
    啊~炮姐~

  21. 大菜珍珠说道:

    电影《致命魔术》里就有特斯拉!

    • warmgas说道:

      en 致命魔术里提到,用强大的特斯拉电圈可以定向复制物品,甚至是活人。。

  22. xiaq说道:

    有关特斯拉的八卦也太不靠谱了吧,一下子显得和达芬奇不在一个档次上了……建议作者好好翻翻资料,整理出靠谱一点的八卦……

  23. Ledios说道:

    稀稀踢伪要对那些八卦的广为传播负上很大一部分责任的说。

  24. 远上寒杉说道:

    开始玩红警时没注意剧情,后来从网上下了个带视频的完整版,玩通关共和国之辉和尤里复仇两部的剧情后才大呼过瘾!

  25. Metaverse说道:

    白牙T1……

  26. william H.Wei说道:

    verycd上有FBI的特斯拉的解密资料下载。。。。。

  27. Herry说道:

    话说,实际应用的话,可以用高能紫外光来促进空气的电离,从而使特斯拉线圈或者高压电定向释放,达到定向杀伤的目的。

    有点类似射出两条电线的电击器和激光光陵塔的融合体。。。

  28. qym111637说道:

    表示对Herry的看法很支持呢

  29. halalia说道:

    激光促进电离,某期刊的某投稿已经讨论过了,号称“非致命武器”

  30. Sean说道:

    特斯拉线圈顶上的圆形感应圈,之所以做成圆的,可能是防止线圈过早放电,这样才能够积累到足够的高压,产生具有眩目的视觉效果的放电。

  31. WARHEAD117说道:

    曾经写过一篇专门介绍特斯拉的论文...当时找资料的时候实在是不得不感慨他的NB啊...

    • chandler说道:

      可以把您写特斯拉的文章发给我看看么,谢谢,calf1987119@126.com

  32. Tawtg说道:

    交流电经过电容,会产生电压滞后而非电流。

  33. 4king说道:

    up!在青年节怀念早逝的特斯拉…

  34. zhang说道:

    看了你的专业语言后我发现楼主是个师哥啊

  35. 好山水说道:

    简单点,就是个兹拉拉放电火花的电警棍嘛。检测真空系统是否漏气就要用高压放电设备,手电筒大小,前端放出几厘米的火花。以前我们经常用这玩意来打人。

  36. 量子使徒说道:

    Tesla那个最有名的华灯塔原址就在离我们学校不远的地方。。。

  37. 骑士说道:

    特斯拉的交流发电机,无线电(美国法院有最终判决结果),遥控,特斯拉线圈,无线输电都是真的,有专利可查的,就算这些也绝对称得上人类历史上数一数二的牛人了,像交流电和无线电都是引发第二次工业革命的主要发明。

    他的专利太多了,我以前搜集过一些。其它的,应该也有一些和他有关,由于人太牛了,思维跳跃性太强,同时并行做多个项目,可能很多只有创意没有具体的产品,被一些科研“剽(窃)客”给据为己有了。

    想法太多有时也不好啊,像他的交流电本来就可以让他富可敌国,结果落了个落魄一生。

    真的要了解特斯拉搜索一下他在美国申请的专利吧,这个靠谱。特别注意的是,他是独行侠,而不是爱迪生那种将一个大公司(GE的前身)的所有成果申请为个人专利。

  38. blackievan说道:

    电路错了···少了一个二极管·

  39. lee说道:

    特斯拉,我偶像,比爱因斯坦厉害多了,因为为各国都制造武器,但从不真正从属于哪个国家,弄的人们很不爽,尤其是美国,所以死后被隐姓埋名了。他的发明现在还遍布我们的身边,微波炉就是其中之一,在一次试验中不小心制造了从古斯大爆炸,当知道后,他把他的实验塔楼给拆了,他对战争有着不同的理解,他认为战争的原因是各国军事力量的不均衡,所以为德国,美国等各国家制造过武器,准确预测出第一次世界大战的结束日期,第二次世界大战的结束日期也仅差几天而已,是他把交流电带进千家万户。。。是个传奇人物,没人能超越。。

  40. lee说道:

    临死前在构想一种大功率光束武器,未完成,就走了。。

  41. lee说道:

    特斯拉只是死后被人埋名了,你们有时间查一下他的资料就知道了,最好是历史资料,因为为各国都制造了很厉害的武器,被人们勿认为是战争狂人,是被隐姓埋名了。

  42. sail说道:

    特斯拉线圈,恩,突然想起了《致命魔术》……

  43. menghaun007说道:

    50米是因为炮姐的游戏币50米以外就化掉了……

  44. DragonBorn说道:

    红警2有个任务,谭雅特工一人潜入苏联某基地破坏核弹,一路上尽是这玩意,但是我感觉没有狗的威胁大,因为谭雅升级后,线圈两次才能杀死谭雅,但是在第二次放电之前,谭雅就能用c4炸掉线圈。但是狗杀人都是一下,IMBA。

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