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死星“复活”记Comments>>

发表于 2014-05-28 20:00 | Tags 标签:,

2012年11月14日,美国白宫网站的“我们人民”栏目中出现了一条发自科罗拉多州的帖子。一位自称“约翰·D”的网友在该页面上发起了一项签名征集活动,建议奥巴马政府提供足够的资源和资金,在2016年前建造一个与电影《星球大战》中“死星”(Death Star)类似的终极武器系统。该请愿声明写道:“通过集中国防资源建设一个超级空间站平台和武器系统,比如‘死星’,可以刺激建筑、工程设计、太空探索等多个行业,创造更多就业机会,并加强国防。”

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 【图片出处:twistedsifter.files.wordpress.com/】

这项有趣的倡议很快引起的美国网民的注意。联名上书者激增,并迅速超过了规定的最低下限人数2.5万人。根据美国的相关规定,一旦请愿人数在30天内超过2.5万人,情愿者便有权要求白宫当局进行评估,并保证将请愿书发送给相关领域的专家,最后给予正式的官方回复。

1月11日,美国政府的回应出现在白宫网站上。那颗在1977年的大银幕上已被天行者卢克消灭的死亡之星能够在现实中“复活”吗?在揭晓官方答案之前,我们不妨设身处地,利用常识和人类目前掌握的现有技术帮助专家分析一下建造死星的可行性。

死星一瞥

在影片《星球大战》中,死星的全称为“DS-1轨道战斗空间站”,是银河帝国建造的巨型超级武器的代号。这座球形军事空间站直径达120千米。配备的火力足以摧毁一颗行星。它最大的作用是以毁灭的威胁来震慑胆敢叛乱的星球。

死星由金属元件拼接而成,内部的大部分空间都用于安放超级激光炮、推进系统和超级物质反应堆。占用空间最大的是死星的能量之源——主反应堆室。其他内部空间由一层层甲板之间蜂窝般密布的小舱室组成,人员和设备分布其中。靠近死星表面的“层”为一连串的同心甲板,这些甲板配有指向死星核心的人造重力发生器。同心甲板下是数千层纵横交错的水平甲板,这些甲板上布满了与主反应堆室相连的隧道。

天文数字的挑战

乍一看死星的直径只有区区120千米,仅相当于北京到天津的距离,算不上什么天文数字,用料应该很省才对。于是约翰·D的网络号召一出,美国宾夕法尼亚州的大学生就展开了计算。他们假设死星完全用钢建成(钢最便宜,其实太空设施多使用昂贵的轻质合金),并假设死星上钢铁结构占总体积的比例与现代军舰相仿。得出的结果很吓人。这颗人造星球需要用1080万亿吨钢才能造出来。这就是个天文数字了。按照目前全世界的钢产量来推算,要经过833315年才能生产处这么多钢材。仅钢材一项的开支就高达85万万亿(8.5X1017)美元,相当于目前全球各国GDP总和的1.3万倍。有人说地球人不缺铁,地核就是由镍与铁构成的,地核中的铁足以造20亿颗死星云云。但是要怎样把这些熔融的铁从几千千米深的地核安全地抽出呢?掌握了掏空一颗岩石行星技术的地球人,造几颗死星肯定也不在话下吧。他们干嘛不直接把掏空的行星当做战斗堡垒呢?是因为天然的表面看起来不够酷吗?全铺上钢板就好了,就像《变形金刚》里的赛博坦星球一样。

再看死星原材料的入轨与装配。载人航天器常用的近地轨道距地三、四百千米,死星在这里装配很容易被稀薄大气拖曳减速,自身巨大的质量搞不好还会在海上掀起潮汐。理想的装配轨道是3.6万千米高的同步轨道。

中国目前拥有的运载能力最大的可发射同步轨道卫星的火箭是“长征3号B”。该火箭的地球同步转移轨道的运载能力为5.0吨。如果死星真的由钢材制成,仅运输钢材到同步轨道就需要发射216万亿次火箭。不知要从哪里搞到造这么多枚火箭所需的铝合金和四氧化二氮、偏二甲肼、液氢、液氧等燃料。现实是,2012年中国发射入太空的各类航天器总质量也就100吨左右。

组装质量仅仅419吨的国际空间站就花费了16个最有力量的国家的14年光阴。死星质量是国际空间站的2.58万亿倍——很难想象这需要发射多少艘载人/货运飞船、多少位宇航员呼吸多少瓶氧气、吃掉多少太空食品、使用多少太空工具、花费多少工时进行太空装配才能完成如此巨大的太空设施。这些数字都是天文数字。这样庞大到可怕的工程的确能给带来“更多就业机会”。问题是,美国有这么多人吗?

核心技术在险峰

除了建造时间太长,耗材太多之外,死星所需的多项核心技术在目前也都属于科幻范畴。死星本质上是一个配备着“超级激光炮”的活动炮台。它以“离子推进系统”提供飞行推力,乘员安全舒适地生活在金属舱室围成的“人工环境”中。所有这些都靠“超物质反应器”提供能量。以上四项就是死星的核心技术。

“超级激光炮”之于死星就像火炮之于坦克,这是死星存在的意义所在。死星就是一台巨大的、可以移动的有人操控的激光器。在影片中,死星的激光足以令一颗类地行星内部气化而爆炸。目前人类掌握的威力最强大的激光器是美国用于激光约束核聚变的“国家点火装置”。它可以把200万焦耳的能量通过192条激光束聚焦到一个2毫米的冷冻氢球上,从而产生高达摄氏1亿度的温度。但这些能量只能维持几十亿分之一秒,而且每年只能发射几十次激光。200万焦耳的能量并不算大,仅能把一个大气压下0.886千克的100摄氏度的水加热为100摄氏度的水蒸气。一个2千瓦的电水壶工作16.67分钟就可以完成这件事。这看起来距离使整个行星爆炸差得太远。或许可以来上N台类似于“国家点火装置”的巨型激光器,虽然一台的个头就有三座足球场大小,但是死星的体积更大。

死星不是固定的炮台,它要运动到射程范围内才能向目标开火。这时“离子推进系统”就派上用场了。电影中,推动死星前进的是呈网状分布的离子发动机阵列。等离子体是离子和自由电子的混合物,对等离子体施加电场时,它就会产生一个磁场,带电粒子被这个磁场加速,就产生推力。目前已经能造出功率200千瓦的离子发动机样机,这种发动机将在不久的将来为国际空间站的轨道维持提供周期性推力。但200千瓦的功率仅相当于一部越野车的马力。要达到推动一颗金属星球高速飞行、灵活加减速的地步,离子发动机阵列恐怕要很大很大才行。牛顿第二运动定律可以告诉我们答案,这里从略。

在死星内部营造“人工环境”也使人头痛。根据《星球大战》的设定,为维系死星的基本运转,至少需要一百多万人进行日常工作。而整个死星更是具有容纳十亿多人的内部空间。目前宇航员在国际空间站上生活一年需要消耗4至5吨物资。一颗满员的死星需要多少消耗品?为了维系人类乘员的身心健康,必须研制以高等植物为主体的自循环生态系统。20世纪80年代末,总体积18万立方米的生物圈二号尚无法支持7位实验者两年的封闭生活,死星上的缩微生物圈又能做何表现?偶尔来此巡幸的银河帝国皇帝和黑武士可以吃上特供的新鲜蔬菜,其余一百多万人天天吃小球藻饼干、喝马桶循环水受得了吗?另外,死星为何一定要做成球形?太空中没有空气阻力,任何符合工程原理的形状都是允许的。也许这是为了死星使用者的心理舒适。毕竟球形看起来最简洁、最完美,最能彰显帝国的军威。这方面早有成功案例。苏联人造卫星运载火箭总设计师科罗廖夫就曾指出:“第一颗人造卫星的外形应当简单而富于表现力,要近似于自然天体。在人们的意识中,它将是人类航天时代开始的永恒象征。”

要为强大的火力(官方数据:10000门涡轮激光排炮、2500门激光加农炮、2500门离子加农炮和768个牵引光束发射器)提供能源,死星得有一颗奔腾的心才行。“超物质反应器”就是这样的能源之心。在这里进行着大规模的核聚变反应,反应器外则排列着装有核聚变燃料的燃料罐。目前人类还不会掌握核聚变发电的技术。但有乐观者认为到本世纪中叶可控核聚变发电将成为现实。届时人类将可以从海水中提炼氢的同位素或是在月球上开采氦-3作为核燃料,这几乎是无限的廉价能源。但核聚变材料要达到几千万度的温度才能开始核反应,并不是所有的热量都能转化为电力。所以就像核裂变电站一样,未来的核聚变电站也都将建在天然水域旁边以保证冷却用水的供应。尽管电影里描述了天行者卢克驾机向反应堆通风孔发射了一枚质子鱼雷,随后的连锁反应引起反应堆严重过载,摧毁了死星。但在没有空气等介质的太空,冷却只能