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霍金想象力靠谱吗?

霍金想象力靠谱吗?

                   江工    2016-04-19                                    

     

     当我在电视上看到霍金又宣布一项新的太空探索项目之后,我才恍过神来,竭力想理解这到底又是一个什么新玩艺。别小看他那残疾不成人形的躯体,蒌缩成一团怪怪的样子,其脑袋的想象力实在让人惊叹,全都是让人无法难理解的新意。我也每每想到,象他这样连生存都成问题的“废物”,不可能在绝大多数社会里能发挥出天才,连他这种最糟糕状况的人都能被上帝启用、发挥潜能,其他还有什么人会被遗忘掉、浪费掉?

     该计划是建造一个微型星际飞船名为“纳米飞行器”,它由一块名为“星片”的电脑芯片作为船体。在发布会上展示了“星片”的成品原件。该芯片仅有二三厘米见方,几克重,但集成了摄像机、光子推进器、导航和传输部件,是具有完整太空探测功能的飞行器,而制造成本仅相当于一部iPhone手机。该芯片会安装上名为“光帆”的超材料布蓬,通过地面发射高能激光助力推进。

     霍金将同俄罗斯商人尤里·米尔纳、美国社交网站脸书创始人扎克伯格合作这项“突破摄星”计划,初步投资1亿美元,以后建造大批这样的微型星际飞船,并以每秒六公里的光速(时速高达1亿6000万公里),将它们发射到离太阳系最近的半人马座阿尔法星系(距离太阳系大约4.36光年),大概只要25年时间。

     中国专家、科学家纷纷一致表示:想法很好,但具有科幻色彩,认为该计划离现实还很远。而中国网民更是发出一片大忽悠的质疑声。对于没有想象力和创造精神的人群来说,这个计划的确只是一片科幻的模糊的图景。因为在初期设想时,谁都懂得质疑,而不懂得理解其合理性存在不存在,那怕只有百分之一的合理性,也要探索下去。我们这个民族缺少的就是对这种未来事物的想象力,始终等待别人十拿九稳之后才会鼓掌,进而毫不费力的模仿。

     这项“突破摄星”计划的原理是,所有的飞船都需要点燃推进剂,而传统的推进剂就是燃料。采用光子推进飞船,不需要飞船自身携带推进燃料。因为真空状况下的太空,可以实现无摩擦加速,这就可以让飞船飞得更远、速度更快。以地球上发射的激光为动力,持续地来驱动“纳米飞行器”飞行。这是一个陆基的、长约1公里的光束枪,将被建于一个高海拔的干燥地区。之后,科学家们会发射母体太空船,将数千个“纳米飞行器”带往近太空。一旦进入太空,这些小小的太空船将各自扬起可延展达数米臂长的光帆。光束枪会将光束聚焦在光帆上,驱动“纳米飞行器”飞向目标。这些“纳米飞行器”将在数分钟内加速到时速1亿 6000万公里。有价值的数据会通过飞行器上的激光通讯系统传回地球。该计划的核心内容分为超微型飞船和激光推进装置二部份:

     1、超微型飞船是质量非常轻的全自动飞船,大概是几克乃至几十克重,包含星芯和光帆两个主要部分。星芯包括相机、光子推动机、动力供应系统、导航和通讯设备,还有全套的空间探测器,总重量是几克乃至几十克。光帆只有几百层原子的厚度(最有可能的材料是石墨烯),质量为几克乃至几十克。用超微型飞船上的激光通讯系统将拍摄到的行星图像和其他科学数据传回到地球上,利用激光推进装置来收集4光年后的数据。

     2、范围为几千米的激光推进装置,是由相位相干的激光阵列构成,需要几百个(甚至几千个)口径为几米(或者几十米)的超级反射镜。超级反射镜的口径越大,收集信号光的效率也就越高。每次发射需要产生和存储的能量,大约相当于几百万度(千瓦时)的电。(译注:总功率大约是1亿千瓦)。采用实时的适应光学技术,消除大气层对激光光束的干扰。

     霍金提出的以地面激光持续作用于帆板的航天设想,与两种现有方案有相似之处:一是太阳帆飞船,二是光子火箭。空间技术研究专家庞之浩介绍说,从理论上说,太阳帆飞船单纯依靠太阳光子持续撞击帆板,逐渐将飞船在没有明显空气阻力的太空中推进到较高速度。近20年来,美国、俄罗斯先后做过几次太阳帆动力试验,成败均有,但也仅仅是在近地轨道内尝试过,远远谈不到飞抵半人马座。光子火箭则利用物质与反物质的湮灭反应,自产光子并借由巨大凹面反射镜,向后方喷射光子流。但依据这种设想开展的研究,数十年来没有取得实质进展。

     庞之浩介绍说:“以太阳帆为例,其概念诞生于20世纪20年代,这种方式需要一个巨大的反射镜将阳光照射到面积足够大的帆板上,在实际应用中有很大难度。时至今日,这一研发的进展速度并不快。激光‘飞船’的设想提出不难,在2050年前研制出一个雏形也有可能,但要飞到半人马座还是‘太过遥远’了。当然在更长的时间尺度上,这种激光推进方式可能会有希望,但这必须取得重大技术突破,现在无法预测。”

     这时候不知道人家此方面的新科技水平先进在哪里的情况下,自然只能是质疑声一大堆。例如北京大学天文学教授徐仁新说:他完全不相信该计划会成功。微小的太空船会在长途的星际旅行中遇到非常多的障碍,比如撞上小小的星尘时,飞行器就会大大减速。即便一部分可以抵达半人马座阿尔法星,它们也不能送任何数据回地球,因为它们的天线太小了——还由于衍射效应决定的,再加上激光束聚焦在光帆上,会不会烧毁光帆,等等。

     然而,人类从不会在对未来事物面前停止想象力。“突破摄星“计划是巨大的工程挑战,更多细节可以在项目网站上找到。据该网站说,所有的关键要素要么是已经可以实现的,要么就是在合理假设下有可能在近期内实现的。突破摄星计划将在开放、合作的研究环境中进行:完全属于基础科学研究;发表新结果,完全透明、开放获取;对所有相关领域的专家开放,对公众开放,谁都可以到项目网站的论坛来贡献想法;激光推进系统比现有的任何科学大设备都要大得多。项目需要全球合作和支持。发射的时候,要得到所有适当政府和国际组织的批准。

     2016.4.19


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