人类如何实现星际宇宙航行

人类如何实现星际宇宙航行
人类如何实现星际宇宙航行

人类如何实现星际宇宙航行
张卫民 一、光帆式宇宙飞船--科学家劳民伤财的败笔 长期以来,人们一直都渴望着能够摆脱对火箭的单一依赖,找到新的动力方式,实现人类遨游太空的梦想,其中之一就是制造太阳帆利用太阳能来进行太空航行,2004 年的8 月,日本人研制的太阳帆升空并进行了170 公里高的短暂亚轨道实验,打开了两个长约10 米的树脂薄膜帆板,检验了光帆展开的可行性,之后火箭和光帆坠入大海.美国航宇局目前也在进行太阳帆飞船的研究,并为选择太阳帆的制造材料进行了大量测试工作,还探讨了如何发射以及太阳帆在太空怎样展开等问题.美国预计2010 年成行的太阳帆飞船将历经15 年以上的航程,飞行37 亿公里直到太阳系边缘. 著名天文学家开普勒早在400 年前就曾设想过不携带任何能源,仅依靠太阳光的能量使飞船驰骋太空的可能性.他曾指出,彗星烟雾状的尾部就是在太阳光影响下"不断飘动的".开普勒还计算出太阳光可为宇宙飞船提供的具体推力.但直到1924 年,俄国航天事业的先驱齐奥尔科夫斯基和其同事灿德尔才明确提出"用照射到很薄的巨大反射镜上的太阳光所产生的推力获得宇宙速度".正是灿德尔首先提出了太阳帆--这种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想,成为今天建造太阳帆的基础. 1984 年,美国休斯飞机公司研究实验室的物理学家罗伯特·.L.福沃德在其标志性的论文中,提出了采取古老风帆技术进行星际旅行的理念.正如劲风能使帆船漂洋过海那样,强大的激光束也可以推动具有大"帆"的宇宙飞船在太空中畅游.激光的光束射到"帆"上后便转化成动力并推动宇宙飞船前进.科学家设想用太阳系中的激光器为飞船提供动力,让其逐渐提速,并奔向遥远的世界. 同太阳光相比,聚焦的激光束能够将"帆船"推至阿尔法人马座恒星系甚至更远,原因在于激光束不会像阳光那样随着距离的增加出现发散和减弱.根据福沃德的理念,弗里斯比描绘出人类飞向巨蝎座55 星恒星的旅行方案.他采用 600 英里宽的铝制薄膜"帆"推动的宇宙飞船,旅行舱设在"帆"的中间.架设在地球轨道或月球表面的激光器产生的高能激光束经过一面反射镜聚焦在飞船的" 帆"上推动飞船.激光器将工作数年,保证飞船达到其巡航速度.然后在飞船抵达目的地前数年重新开始工作,以帮助飞船降低速度. 金属铝的熔点为华氏1220 度,弗里斯比提出大尺寸"帆"的设想是为了解决 "帆"自身的散热问题,"帆"过热由高能激光束所引起.如果计划在太空组装飞船"帆",那么应采用更轻便、更富有弹性的材料.NASA 格伦研究中心的杰弗里·兰迪斯正在研究采用金属铌(熔点为华氏4490 度)或钻石(在华氏3270 度时断裂成石墨)制作的薄膜.高温材料能够承受光斑更小但能量密度更高的激光束的照射.钻石"帆"具有与弗里斯比的铝"帆"相同的功能,但它对飞船的加速更快,可以缩短星际旅行时间.如果激光束用来帮助人类飞向巨蝎座55 星,那么激光器的输出功率将大得令人不可思议.根据弗里斯比的估算,推动飞船所需的激光器稳定能量输出应达17000 万亿瓦特.要实现如此巨大的能量输出,弗里斯比提出利用特殊装置集聚太阳能来泵浦激光器,也就是说激光器在太阳的作用下产生会聚的、相干性高能光束.实际上,美国芝加哥大学的物理学家已展示了一种新系统,它能将普通光的密度提高84000 倍.至今,工程师们已研制出一种简单的太空帆船,但它利用太阳光能而非激光束提供动力.在未来几个月内,行星学会(一个太空爱好者的私人组织)计划发射其首创的太阳"帆船".此"帆船"名为宇宙1 号(Cosmos1),重50 磅,其镀铝"帆"宽达100 英尺."帆船 "计划于2005 年从北冰洋巴伦支海海域利用潜艇发射升空.离开大气层后,太阳光将推动它进入更高的运行轨道."宇宙1 号"太阳帆飞行器在2005 年6 月 21 日进入太空,并在其后几天内展开它优美的帆体.这是人类千百年来第一次成功并有效利用太阳能量进行飞行的尝试.这个以阳光作为动力来推动前进的宇宙飞行器,并不是以我们常见的地面火箭升空的方式带入太空,而以潜艇水下发射的独特形式开始它的航程.它在发射前四周就已被带到俄罗斯摩尔曼斯克市附近的瑟沃摩尔斯克海军基地,在之后的的四周时间里,经过对光帆的检测和电池设备等的安装和充电,便安置在三级的"波浪"火箭的弹头部,并在发射前三天将火箭运到俄军的"达尔塔"III 型战略核潜艇上,并安卧在潜艇中等待距离发射时间半天的时候开始出海,前往位于巴伦支海的发射地点.2005 年 6 月 21 日,当"波浪"火箭从潜艇上发射出大约 20 分钟后,火箭三级部分脱落,此时"宇宙1 号"应当进入距离地球512 英里远的运行轨道中；37 分钟后,太阳帆打开.仅在一天时间内,"宇宙1 号"将加速至每小时195 英里,同时随着速度的不断加快,飞船出将进入距离地球更远的运行轨道中."宇宙1 号"上还携带有一张CD,众多发明创造者都在这张CD 上留下了自己的心里话语,其中一位科学家的话是这样的："我们的祖先很早就学会制造船帆,从而利用自然界的风来弥补自己划桨力量的不足,在大海中远航.尽管我们现在无法得知前辈们姓甚名谁,但是我们敬重他们的才智与勇气,是他们的开拓精神让我们也去探索,如何在茫茫宇宙大海中寻找远航的风帆,于是我们有了'宇宙1 号'这个成果." "宇宙1 号"的关键之处就是如何利用宇宙中的免费动力."宇宙1 号"就是利用风帆来感受阳光的微弱压力,从而不断提高自己的速度和高度的.这个风帆由8 片超薄的三角形太阳帆组成,利用接收到的太阳的能量,支持其飞行.这8 片太阳帆每片均长14 米,呈风车状组合.阳光的压力是微小的,我们之所以在最强烈的阳光下也感觉不到任何压力,是因为这个力量在一平方公里的面积上也一共只有9 牛顿.它的好处是不会枯竭,同火箭和航天飞机迅速消耗完毕的燃料相比,阳光是无限的动力之源,会始终推动"宇宙1 号"前进.这些风帆因为是由感光效果非常好的、轻而薄的聚酯膜制成,因此,在接收到阳光后,一点点微小的力就能将其推动前进.将太阳化为推力的"宇宙1 号"最神奇之处就在于不断地加速.如果顺利的话,它进入太空并展开光帆1 天后,它的时速将增加160 公里,100 天后,"宇宙1 号"的时速能达到16000 公里,如果它能持续飞行3 年,速度会被提升到每小时16 万公里,这是人类任何飞行器都没有达到过的高速,相当于人类的宇宙探测先驱旅行者号探测器飞行速度的3 倍!如果用它来探测冥王星的话,可以在不到5 年的时间里达到,而美国宇航局使用普通飞船探测冥王星的"地平线计划"预期需要的时间却是十多年.对此,"宇宙1 号"项目的主要负责人弗里德曼教授表示,试验该飞行器的目的是为了寻求一种新的、星际间的飞行工具.而由于其飞行是依赖太阳风帆获取能量,以后飞行器进入太空不用再带燃料,因此,目前这也将是飞行器在星际间长时间飞行的有效的技术方法. 作为世界首艘依靠太阳能驱动的太阳帆飞船,"宇宙一号"21 日承载着人类实现星际远航的梦想发射升空,但随后不久便与地面失去联系.主持"宇宙一号 "飞行计划的美国行星学会2005 年6 月23 日承认,这艘太阳帆飞船"生还"几乎无望,很可能在发射不久后便坠毁.美行星学会发表声明说,"在过去24 小时中,俄罗斯宇航局作出假设结论,承载'宇宙一号'的沃尔纳火箭在第一阶段发射中失败.这意味着我们失去'宇宙一号'."声明说,"从其它渠道获得的部分不一致迹象"又显示,"宇宙一号"可能并未坠毁,而是进入了比原计划更低的一条轨道.但美行星学会认为,飞船进入另一条轨道的"可能非常小"."宇宙一号 "21 日由俄罗斯导弹核潜艇"鲍里索格列布斯克"号在巴伦支海下准时发射,踏上遨游太空之旅.起初地面接收到的多普勒信号表明一切正常,但大约20 分钟过后飞船入轨发动机点火时,地面控制站突然接收到不规则的混乱信号,此后就与飞船失去联系.俄北方舰队军官后来透露说,由于助推火箭引擎熄火,"宇宙一号"可能已经坠毁. 光帆式宇宙飞船的风险：很可能会变为火球消失在茫茫太空.尽管设计轻巧高超,但据设计者承认,风险无时不在：由于太阳帆每片仅仅 0.005 毫米厚,而且由于聚酯膜受太阳高热烤炙,在飞行几个月后,很容易融化变成一个高速运行的大火球坠消失在太空中. 太阳帆的工作原理是,帆将照射过来的太阳光(光子)反射回去.由于力的作用是相互的,太阳帆将光子"推"回去的同时,光子也会对太阳帆产生反作用力.就是这种反作用力推动飞船前进.NASA 喷气推进器实验室太阳"帆船"负责人霍皮·普赖斯认为,这种不携带燃料的推进方式将开辟全新的星际旅行方式.但是,由于太阳光随着距离的增加而减弱,因此太阳"帆船"在远离太阳后将无法继续前进.光帆的姿态控制是相当有难度的一关,没人知道它的稳定性能到底如何.控制人员只能用看不见的电波来遥控它对准阳光,一旦出现技术问题,太阳帆就可能被阳光"吹"偏侧身,并从此迷失方向.利用太阳光的话,缺点很明显,首先是光帆的推重比极其微小,其次是当使用光帆的飞行器远离太阳,阳光的密集度越来越低,压力会越来越小,直到最终可以忽略,也不再对光帆施加压力并产生加速度.针对上述弱点,人们从上世纪80 年代开始就提出一些办法来解决这些问题.其设想是在绕地球轨道,或者环绕太阳的轨道以至月球上安装一组激光器或者微波发送器,用它们的力量来推动光帆.由于人工的方式可以让能量比阳光集中,所以其效果要大大好于阳光,并且能解决深空航行的问题.美国宇航局最近的研究说这样的飞行器速度能最终达到光速的 1/10(大约是每秒3 万公里),而有更乐观的观点认为能达到光速的一半.第一个提出用激光航行的人是Robert Forward,不过他提出的使用一个1000 公里的透镜、产生1 亿亿瓦特激光、以及1000 公里的帆这样的设想虽然很壮观,但实在是缺乏可操作性.这样航行方式遇到的一个困难就是,激光束在如此遥远的距离上会扩散得很大,这就是为什么Robert Forward 要建造巨帆的缘故.而且激光技术必须得到大幅度的发展,以便瞄准数百万公里外的目标. 如果掌握了激光帆技术,那么人类再也不用担心远距离飞行的燃料问题.此外,通过精巧的设计,当飞船到达目的地时,带有旅行舱的"帆"的中间部分将与"帆"脱离,失去中间部分的"帆"将激光束聚焦在旅行舱上,帮助它减速.根据弗里斯比的研究,激光"帆"飞船在不到10 年的飞行时间内,其速度就可达到光速的一半.如果采用直径为200 英里的激光"帆",我们可以在12 年半的时间内抵达阿尔法人马座；采用600 英里宽的激光帆,与巨蝎座55 星中类似地球的行星相会也需86 年. 在太阳帆10 多年的飞行中,航天员的医、食、饮、性、大小便如何解决? 如何避开流星、陨石、彗星的撞击损毁?如何减速?如何降落?如何返航?如何拐弯?如何避免成为外星生物的俘虏?如何避免外星病毒的侵袭?如何不寂寞?如何保持星际通讯? 光帆式宇宙飞船是科学家劳民伤财的败笔,利用光帆式宇宙飞船进行载人飞行是不可能的,但是,在研发光帆式宇宙飞船的过程中,可以研发出功率强大的死光光子武器. 二、张卫民广义物质论可以预言由普通明物质构成的生物在进行宇宙航行的时候可以采用以下四种捷径： 1、把宇宙飞船自身转化为软暗物质,这样在飞行的过程中明物质就不再成为障碍.于是就可以由特异能控制进行宇宙航行,到达目的地后再转化为普通物质.由于软暗物质不受明物质万有引力的作用,软暗物质飞船不存在地球万有引力、自身惯性力、曲线运动离心力的作用,因此,把宇宙飞船自身转化为软暗物质以后,宇宙飞船就可以利用动力系统由特异能控制迅速地加速到 V2=11.2 公里/秒的第二宇宙速度而飞出地球大气层,并且飞船在软暗物质状态下高速运动时不与大气层发生摩擦起热. 使用这种方式进行宇宙航行还是大有希望的,我们的一些气功师不是已经可以利用生物意念能进行普通物质与暗物质的转化了吗?只要我们能够聚集特异能,或把其它形式的能转化为这种目前尚不清楚的特异能,并由计算机或人体置入芯片控制进行施加就可以驾驶宇宙飞船以思维想象的速度进行任意速度甚至以超光速飞行了.这种飞行的关键在于要能持久地、准确无误地控制特异能的施加,以及对飞船速度的控制.如果在超光速飞行时特异能突然失去控制,使飞船变为普通物质,飞船就可能由于质量膨胀而毁坏. 2、在宇宙中,大量暗物质的定向运动形成了许多条宇宙能流--暗物质江河.就象海洋中有洋流的存在一样,能流也有大有小、有快有慢,可以分为若干类.如果我们能够找到能流,就可以随着能流进行宇宙航行,故此宇宙能流在宇宙航行领域就可以称为"星际飞行走廊".在这些"走廊"中有某种特异能的存在,飞船一进入星际飞行走廊,就立即转化为软暗物质并且以思维所想象的速度飞行,当然可以超光速飞行. 要进行这种星际航行,必须首先弄清楚宇宙能流的位置,绘制出宇宙能流网络图,就像地球上的铁路网或者高速公路网络一样,以便制定飞行路线.这种宇航方式中最危险的地方是进入能流和离开能流的时候,这时如果速度没有控制好,飞船在进行明物质与软暗物质转换时就容易出事故,甚至有可能船毁人亡. 3、喷光式宇宙飞船.这是一种可以向多角度喷射光子或电磁波的飞行器,当飞行器向单一方向发射光子或电磁波的时候,飞行器就向相反的方向运动,就好像火箭是喷火式飞行器、喷气式飞机是喷气式飞行器的根据动量守恒定律进行反推进飞行的原理一样.只不过火箭需要消耗大量的化学燃料,喷出的火焰速度不够快；喷气式飞机需要消耗大量的航空汽油,喷出的热气也不够快.根据动量守恒定律,喷射出去的物质的质量越大、喷射出去的物质的速度越大,那么飞行器所获得的反推力越大,喷射1 千克质量的光所获得的推力相当于以 1km/s 的速度喷射300 吨气体所获得的推力.因为光速是明物质的速度极限,所以喷光式飞行器是效率最高的推进式飞行器.一个可以向多角度喷射光子或电磁波的飞行器可以迅速加速或迅速拐弯.喷光式飞行器可以实现飞碟的即刻停住或起飞等功能. 4、利用"空间--物质"转换器实现宇宙航行.这是较佳方案了,但如果机器在路上出现故障,飞船就会变成一颗人造流星,在宇宙中消亡.由于许多飞碟似乎就是利用这种方式在宇宙中进行跳跃式飞行的,所以我们再重点讨论一下这种宇航飞行方式. 广义物质论认为宇宙间的一切客观实在都是能量的,能量有四种基本存在方式：空间、场、普通物质、暗物质.既然宇宙中充满了能量,那么进行宇宙航行就可以不带能源,而是随用随取.方法就是要制造出"空间--物质"转换器这样一台第三类永动机,把它安装在飞行器的外壳上,那么飞行器的运动便无需能源.只须把"前面"的空间转化为光,飞行器前面因为空间丢失而使飞行器从一个位置一下子无需时间就能够跃进到前面的一个位置,飞行器是跳跃前进的,不是匀速直线运动的.这种使用"空间--物质"转换器的飞碟的速度取决于它的"空间--物质"转换器的功率,只要转换器的功率足够高,飞行器的速度就可以达到或超过光速.由于这种运动方式不影响飞行器物质与外空间进行能量交换,速度对飞行器质量影响不大.由于这种飞碟的推进方式很奇特,惯性对运动影响不大,在不同角度开启"空间--物质"转换器的时候,飞行器就可以任意改变速度的大小和方向. 例如在1947 年发生的阿诺德龙形飞碟事件.肯尼斯·阿诺德是美国爱达荷州的博伊西一个消防公司的老板.他是一个拥有一架私人飞机、能够驾驶飞机的人.在1947 年的6 月24 日,他驾驶自己那架飞机飞行途中目击到了有九个编队飞行的碟状飞行物.他坐的飞机着陆后立即向有关方面报告.他陈述的基本内容是："1947 年6 月24 日下午,我驾飞机从切哈列斯起飞,15 时许我飞到雷尼尔山脉附近.几天前曾有一架C-46 型海军陆战队的飞机在那儿失踪.我决定花点时间找到它.我爬高到3500 米以便观察巨大的山谷,说不定飞机就坠落在那儿.…我正在观察地面,忽然左边一些闪光的物体引起我的注意.于是我的目光顺着的光源寻去,发现九个非常耀眼的圆盘状的东西….每个飞行物都跳跃似的前进,就象水上打飘的碟子.…它们的飞行的样子是碟子."阿诺德认为他看到的是一连串九个物体,其中一个发出可怕的蓝色闪光.如果我们把阿诺德看到的一连串九个飞碟组成的飞碟编队整体称之为龙形飞碟,那么1947 年美国爱达荷州发生的阿诺德事件就是美国最早报道的龙形飞碟事件.1947 年发生的阿诺德龙形飞碟事件几乎在美国所有报纸上得到报道,引起了世界性的飞碟热,以后有关发现飞碟的报告纷至沓来,各国政府和民间机构也纷纷组织对飞碟目击事件调查研究. "1947.6.24"UFO 是像青蛙似的跳跃前进的,阿诺德看到的飞碟就是使用" 空间--物质"转换器进行跳跃式飞行的航天器.由于飞碟跳跃前进时的加速度特别大,超过8G(地球重力加速度G 的8 倍,G=9.8m/s2,)的时候,地球人类就会七窍流血而亡.因此,飞碟在飞行时必须把乘客转化为准特异物质,才能保护人类不受巨大加速度的伤害. 飞行器在运动过程中由"空间--物质"转换器得到的光可以直接用于飞碟的内部耗能,多余的光可以当光源发散掉或贮存起来.如果把"空间--物质"转换器得到的光向某一方向定向喷射,飞行器就会靠光的推动以极高的加速度加速飞行,可以在瞬间飞行得无影无踪,这时飞行器就是一艘喷光式飞行器. 飞碟的"空间--物质"转换器进行工作时,不仅把空间转化为光,而且把附近的场转化为光,这样,飞行器可以不受外界场的影响,却可以影响外界场.由于不能把转换得到的光全部吸收而有一些光释放出来,使得飞碟表面出现光晕.由于飞碟散发出来的光是不均匀的,看起来飞碟好像在一边旋转一边飞行,实际上飞碟本体并没有旋转,是飞碟发出的光使目击者看起来飞碟好像在旋转着飞行一样.