第三节 未来宇航

   一、星际宇航器结构

    四维无形磁棒被研制成功以后，人类的宇航活动变得十分频繁和活跃，参观一下海王星的美丽光环，到别的星系探访一下我们的朋友­——别的智慧生物，都不是一件十分困难的事。在恒星系内的飞行归属于短程飞行，机翼直径大约10米的碟形飞行器已经能够胜任，但要到别的恒星系旅游，甚至到别的星系中去，用小的碟形飞行器，从速度、时间和能量角度都是不适合的，所以我们要为长途旅行特别设计一种大型的碟形飞行器，它的机翼直径达120米至200米，我称之为星际宇航器。

　　图3-13图3-14是星际宇航器的纵截面和横截面结构示意图。球形的中心部分分为1室和2室，1室专门用于停放大约8架小型碟形飞行器，相当于轮船上乘搭着小艇，2室专门用于存放笨重的机器和物资。机翼内有许多做成圆筒状的室，并且这些室两端通过轴承支在机翼的架上，能够绕着轴转动，这样做的目的在于保证室内的人在失重环境和重力环境都能稳定地站在地板上。为了保持受到的重力效果稳定，只须改变机翼部分和中心部分的相互转动速度。在3室内受到的重力效应较小，居住室、休息室在此，在4室内受到的重力效应适中，驾驶室在此，在5室内受到的重力效应较大，体育运动室在此。

　　图中机翼内标有“6”的圆圈表示四维无形磁棒发生器，六个发生器各能产生一对四维无形磁棒。小型碟形飞行器靠金属板产生磁场与基地发出的四维无形磁棒发生作用，通过无线电信号通知基地改变四维无形磁棒方向等状态而运动，在一定程度上欠缺主动性，这种被动做法在短程飞行中不会影响飞行的灵活性，但星际宇航器则需要自己也能够产生四维无形磁棒，以保证长途飞行具有足够的灵活性。当在离能源基地不远时，它利用机翼上的超导网产生磁场与基地的四维无形磁棒发生作用，并且感应吸收基地的能量及以电能、化学能等形式贮存起来，当远离基地时，要能灵活地改变自己的飞行方向便要自己产生四维无形磁棒，或者与基地的四维无形磁棒作用，或者直接指向某个星球也可以产生反作用力，以改变自己的运动状态，而且，星际宇航器应该自己能够产生适当的四维无形磁棒，为属于自己的小型碟形飞行器作短程飞行提供动力。

　　整个结构由中心部分和机翼部分两部分组成，相当于小型碟形飞行器的球形驾驶室和机翼，两部分之间作相互反方向的旋转，但相比于小型碟形飞行器有以下不同： ① 这里是中心部分和机翼部分作相互反方向转动，小型碟形飞行器是机翼内金属板作相互反向转动。 ② 这里不需要曲轴组，而仅仅用一个磁悬浮轴承使中心部分相对机翼部分悬浮起来，因为这里无须改变中心部分相对机翼的轴方向。 ③ 转动的目的不同。小型碟形飞行器转动的目的是为了保持飞行时自身的力学稳定，故机翼角动量不能为零，而星际宇航器采用多束四维无形磁棒调整受力平衡，它转动的目的不在于机翼轴方向的稳定，而在于通过转动产生离心力，以此来模拟产生重力。

    关于用转动来模拟产生重力，我想多说几句。在地球上生活的人都受到地球的吸引作用，但人们并不因此而感谢地球，只有到过太空生活的人才会深刻体会到地球的恩典。在绕地球运动的空间站里，没有重力作用，处于失重状态，人们可以漫不经心地飞到天花板上，但由于失重，血液流量减少，心脏启搏懒散，心肌萎缩，体液向头部和身体上部上涌，眼睛周围可能水肿变成斜视，脊椎骨被拉长，由于双脚不怎么活动，骨骼系统分泌的钙质减少，骨骼由于脱钙而软化，极易断裂，几乎有一半的宇航员初到太空的十几天里都有头晕目眩、食欲下降、疲劳和呕吐等病症。一位前苏联宇航员在太空生活了237天，由于失重和缺乏体育锻炼，返回地球时是被人抬出飞船的，大约45天后，他的肌肉才恢复到能抛动篮球。以上材料足以说明重力对人体生理是多么重要，所以要让人们在星际宇航器上长期定居，利用转动模拟产生重力是十分重要的。为了使碟形飞行器机翼中部受到相当于地球重力的作用(10牛顿/千克)，以机翼半径60米计算，大约10秒转动一周。

    二、宇航种植

    为了保证长时间、远距离星际宇航的顺利进行，星际宇航器除了可以依靠四维无形磁棒从基地获得能量和动量以外，其它的各种需要要求能够自给自足。水可以通过净化循环使用，目前宇航员在空间站上就是如此，只要舍得花费能量，空气中的氧也可以通过二氧化碳分解循环使用，问题就是食物，要把各种分子原料直接合成食物，看来不是一百几十年内可以实现的，所以，宇航器上需要合理的种植。

    在载人火星飞行研究项目中，已经有不少宇航科学家对宇航种植作了研究，例如乌沙柯夫认为飞船种植的植物最好是萝卜、甜菜、生菜等传统的蔬菜，美国科学家在肯尼迪航天中心，在密封的舱内已成功培育出马铃薯、甘薯、大豆等作物，科学家比尔诺特认为，矮小麦很有希望成为火星宇航员食物，因为它产量高生长快植株短，很适合在飞船的有限空间种植。

    对于宇航种植，我有自己的看法。宇航器内的空间是十分有限的，我们得在有限的空间内尽可能多地生产出符合人类长久食用的食物，或者说，尽可能多地提高单位空间、单位时间内生产食物的数量，而肥料和能量方面我们可以不必太过关注，所以，我想到了植物生产、机器提炼加工的方法。

    应该有不少人知道，植物体内的水分、无机盐和有机物是通过专门的管道输送的，水分、无机盐通过木质中的导管向上运输到植物全身，而茎部以下的有机物是通过树皮韧皮部的筛管向下输送的，例如甘薯里面含有的淀粉是叶制造的。这就给我们一个启发，假如我们把树皮中的筛管截断，用微细管接它上面的那一截，淀粉等无机物就会顺着微细管流进瓶子里，再进行人为加工，就可以得到食物了。

    在具体的实现中我们还要进行方法上的改进，真正应用的宇航种植可能如图3-15所示。植物种植室四周都装上镜子，把室内光源发出的光线反射回种植室内，被植物细胞充分利用进行光合作用。在整个装置中充当主角的是一种植物细胞，它们周围充满着主要成分是水、无机盐、化肥等植物营养液。这些植物细胞由藻类细胞变异得到，可以通过紫外线辐射促使其变异，也可以直接用基因移植的方法，以便得到最适合宇航种植的植物细胞： ① 个子比较大，达0.1毫米以上。 ② 能直接从周围的水中吸取所需要的原材料物质。 ③ 喜爱一天二十四小时强光照射，在一定的时间内生产出更多的有机物。 ④ 这些植物细胞以细胞分裂方式繁殖，并且它们具有把多余的有机物输送给别的细胞的能力。根据资料介绍，在地中海以南的热带和亚热带海域中生存着一种奇妙的海藻——蕨藻，它全身仅仅拥有一个细胞，而长度可达1米以上，并且当细胞壁发生破裂时，流出的细胞浆会迅速凝固，在它的保护下细胞壁会很快愈合。也许这类海藻只要进行少许改造，便可以满足宇航种植的要求。

　　我们采用人造毛细管欺骗植物细胞，让它们把多余的有机物输入人造毛细管，再把这些人造毛细管内的有机物集中起来，百川汇海，流进大的管道内，这样就可以使用有机物提取设备把里面的一些有机物提取出来，再用别的设备加工合成可口的食物。

　　宇航种植对星际宇航器还有两个十分重要的副作用：其一是把二氧化碳通过光合作用转化为氧气。氧气对载人潜水艇、载人宇航器的重要性是人所共知的。其二是，只要没有别的重要用途的空间，都可以做成植物种植室，植物种植室广泛分布在星际宇航器的各个部位，而种植室内的植物营养液具有流动性，于是我们利用它的流动性，用电脑严格调节星际宇航器的质量分布，始终保证中心部分、机翼部分两部分的质心都位于几何中心位置，使其转动平衡，没有任何摇晃，人在其中甚至感觉不到它的转动，就象居住在地面上一样。

    三、速度和能量问题

    宇宙是如此之广阔，以致我们不得不把速度问题列入宇航活动中最为重要的问题。前面已经阐述过，采用四维无形磁棒作动力，可以使宇航器持续地加速，最终达到很大的速度。但即使广义相对速度接近光速，宇航所需的时间仍然是令人难以忍受的，例如到离我们最近的别的恒星系最少要三年多，从银河系的一侧尽头到另一侧尽头最少要十万年，所以我们得提出一个十分严峻的问题：宇航器的运动能不能比光还要快？

    让我们先看看物体运动的速度受到哪些因素的制约。

第一个制约因素是能量。物体的动能越大，速度就越大，当物体的速度还未接近光速时，所需的能量与广义相对速度的平方成正比，当物体的速度接近光速时，物体运动的速度要再增大一点，由于质量随之增大，所需的能量将更多，而且，即使能够给物体提供无限多的能量，物体运动的速度也只能是无限地接近光速，从这一角度看，宇航器的速度绝不能比光速更快。

　　我们可以挖掘到的另一制约因素是基本场。在我们认知的三维空间中到处都充满着基本场，物体在任何已知的空间中运动都相当于在基本场中潜航，这使我想到了潜艇下潜以后在水中航行，也想到了飞机在空气中飞行。还记得上文提到的人类克服音障的壮举吗？航空航天技术发展到今天，飞机、火箭走在声音前面已经不再是什么稀奇的事，这使得我们十分容易嘲笑当初那些认为声速是飞行速度极限的人，觉得他们是多么的鼠目寸光。回过头来想想，假如我们仅凭目前的知识，认定物体运动的速度不可能超越光速，而我们的后辈却出乎我们意料地让飞船把光远远抛在后面，他们何尝不会嘲笑我们目光短浅呢？

　　音障的存在是因为声波在前方叠加堆积起来，光障的存在同样可能因为某种基本场的波动在前方叠加堆积起来。如果这样，我们可以采用提供能量的方式超越声速，但却不能采用提供能量的方式超越光速，因为声波是有形物质的波动，而光波却是基本场的波动，是作用力传递的速度，是具有力的根本性质的。

　　我想到了“隐形”，这可能是让宇航器超越 米/秒的最为可行的办法。第二章分析到，我们知道的三维空间实际上是四维空间中存在的一个第四维厚度很小的三维弯曲体，而且在弯曲体以外基本场十分稀薄。一旦宇航器离开弯曲体进入四维空间，即“隐形”了，由于处在的基本场十分稀薄，它运动的有关物理性质应该有明显的改变。一架飞机由地面升高到十千米以上的空中，由于空气变得稀薄，它得到的反作用力将减小，运动的能力将会降低，但一架不需空气提供反作用力作动力的航天飞机，在由地面升高到十千米以上空中过程中，空气的逐渐稀薄不但没有降低它的飞行能力，反而因为减小了空气的阻力，它飞行得更快。如果离开弯曲体脱离基本场与离开地球脱离大气层具有某种相似性，那么我们有理由相信，隐形以后，具有足够能量的星际宇航器能够在一天内到达另一个星系。要是这样，只能说两个字：“真好！”不过十分遗憾的是，我们都未知道具体怎样才能隐形，以及隐形以后的物理性质是什么。

    在星际宇航中，无论隐形还是非隐形，需要的能量都是巨大的，我想到了从哪里获得这一巨大能量的问题。星体的平动、转动不是具有足够大的动能吗？看来不大可能吧？！

    世事就是这样古怪，可能的事我们得想，看来不可能的事我们也得想。几百年前谁能想到会有吃汽油而奔跑如飞的怪物出现呢？要是你告诉唐太宗，只要在摇控器上按某个键，电视机便会出现图像和声音，他会说：“竟敢欺君？！拉下去斩了。”怎么样？唐太宗也太过盲横了吧。

    研制成功四维无形磁棒以后，人们对基本场的性质已经有了比较深刻的理解，要从基本场角度着手利用星体的平动动能或转动动能，并非是一件绝对不可能的事。平动方面，一块石头从空中自由下落到水中，有部分溅出的水升到的高度甚至超过石头下落的高度，而且我们注意到，一些水泵利用水的动能，把水抽高到远远超出上游的高度，所以，直接利用星体的平动使宇航器获得比星体的平动更快的速度，是有一定的可能的。利用星体的转动动能可能性更大。请参看图3-16装置，杠杆的一端安装高速自转的回转仪，另一端安装可沿杆滑动的重锤，杠杆既可绕竖直轴又可以绕水平轴转动，此时系统重心落在支点处。若向左稍微移动重锤，系统的重心移向支点左侧，仅仅知道高中物理知识的人会以为，重锤下沉而使回转仪向上扬起，而实验结果我们却发现，重锤并没有下沉，回转仪也没有上扬，只是系统绕直轴作逆时针转动。具体可以利用力矩知识解释，这里提及这一实验只是为了说明转动的动能与某种方向性的力具有关系，将来人们可能会根据这一原理实现把星体转动的动能转化为宇航器平动的动能，从而解决需要的巨大能量问题。

　　在一次到海观光的时候，我注意到高速游曳的快艇把所有的能量都浪费在制造波浪的过程中，在“阿波罗”月球登陆时需要进行“动力下降”，即向下喷射气流，借助反作用力减缓下落的速度，这些现象使我感觉到是一种能量的浪费，而这种浪费是可以通过能量回收得到解决的。在未来的星际宇航活动中，在出发点处利用星体的转动能量使星际宇航器实现隐形高速运动，到达目的地时，又把宇航器的动能转化为星体的转动动能，就象电动汽车刹车时把动能转化为电能回收一样，这才是真正解决了能量问题。