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李会超:中国要送人造月亮上天,是福还是祸?

2018-11-05 15:25:46  来源:观察者网  作者:李会超
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  据《科技日报》等媒体报道,我国四川一研究机构牵头负责的一项航天项目,准备将一个大型空间反射镜发射到太空之中,向一定区域反射太阳光,形成一个太空中的“人造月亮”,提供24小时不间断的照明。此消息一出,不但引发了英国《卫报》等国际媒体的大范围关注,也引发了不小的争议。除了为项目的大胆创举赞叹外,也有不少人表达了对“人造月亮”可能带来的生态灾害的担忧。事实上,“人造月亮”的想法由来已久,却从未实现,而其对地球生态、气候等系统等可能造成的影响,需要在项目设计和进行过程中审慎周全的考虑。

  九十年前的设想

  1928年,斯洛文尼亚宇航学家赫尔曼·波多奇尼克(Herman Potočnik)出版了名为《太空旅行的问题》的专著。在那个飞机尚是活塞发动机驱动的年代,波多奇尼克就在书中划时代的提出了在太空中建立一个空间站的构想。而在空间站可以实现的诸多功能中,波多奇尼克介绍了德国火箭先驱赫尔曼 · 奥博特的设想。人们可以在空间站上安装一个直径约为100公里的巨大太空镜,将太阳光反射到地球上的一个或多个区域提供夜间照明。太空镜由绳索作为连接的骨架,通过空间站的旋转甩开。太空镜的各部分还可以在人们的控制下改变朝向,使太空镜既能将反射的阳光聚焦到地球某处,又能分散到地球各处。

  除了用于和平目的外,奥博特认为这种太空镜显然也可以用于军事目的。一旦在空间站上装备了瞄准地面的望远镜,宇航员就能控制太空镜将光线聚焦于一处,引爆敌方的弹药仓库,融化敌方的大炮、铁桥和军舰,烧毁地方的据点和城市。无论敌方的军力多么强大,都无法抵御这种从天而降的攻击。因此,太空镜可以成为一门“太阳大炮”,成为“最为可怕的武器,威力超过所有之前的武器。

  

  (“太阳炮”原理示意图)

  遗憾的是,奥博特的想法在一段时间内没有变成现实,无论是照明的和平用途还是攻击敌人的军事用途,人们都有技术难度更低的途径来满足自己的需求 。倒是中国的航天工作者们在创业之初,却在无意间制造了一面小型太空镜。在我国第一颗人造卫星“东方红一号”研发过程中,上级要求卫星划过夜空时,必须能让全国人民都用肉眼观察到她,而卫星本身的反光又很难满足这一要求。为此,航天工作者们特地在最后与卫星分离的第三级火箭上设置了一个反光装置。当卫星与第三级火箭分离后,表面镀有铝膜的反光装置像气球一样充气展开,人们后来看到的亮点实际是反光装置而不是卫星本身形成的。

  中途夭折的旗帜计划

  在上世纪九十年代,俄罗斯人几乎将奥博特的想法变成了现实。俄罗斯的部分国土靠近北极圈,在全年的一段时间中饱受漫长黑夜的困扰。上世纪九十年代初,俄罗斯太空技术的重量级人物弗拉基米尔·瑟罗米亚特尼科夫在美国交流时,被美国人正在研制的太阳帆飞行器启发。太阳帆是一种利用太阳光压进行星际航行的航天器,就像船帆受到风吹动时可以带动轮船航行一样,太阳帆反射太阳光之后,就可以利用太阳光压带来的动量和能量向远离太阳的太空中驶去。而瑟罗米亚特尼科夫则从这种装置上看到了另一种用途:如果把同样的高反材料放到太空之中,将阳光反射到北极圈附近的地区,就可以让那里的人民告别太过漫长黑暗了。

  为此,他提出了代号“旗帜”的人造月亮计划。在顺利进行旗帜1号阳光反射镜的地面试验后,旗帜2号由进步M15号货运飞船带入了太空。1993年2月4日,在完成上下行货运任务、即将离开“和平号”空间站时,进步M15号飞船进行了旗帜2号的试验。旗帜2号是一个直径为20米的圆盘,主体结构由高强度凯夫拉纤维构成。在结构表面,覆盖了一层仅有5微米厚的铝箔。圆盘由若干个花瓣状的结构构成,当进步号飞船离开空间站后,飞船开始以每秒570度的速度旋转,“花瓣”在离心力的作用下张开,开始反射太阳光。整个过程,和1920年代奥博特的设想惊人的一致。

  

  (展开后的旗帜2号)

  旗帜2号在地面上照亮了一个直径约为4公里的区域,其亮度比满月时的月亮稍强。载人的空间站和货运飞船都运行在高度较低的轨道上,大约每90分钟就要围绕地球转一圈,因此旗帜2号所能照亮的区域中,固定位置能被照亮的时间也仅有几秒。

  

  (旗帜2.5工作示意图,其原理与旗帜2基本一致)

  旗帜2号的成功令俄罗斯人感到鼓舞,他们随之提出了一项更为庞大和看似疯狂的计划。把100个人造月亮送上距离地面1500至5530公里的高度更高的轨道上,形成一个反射光环,让北极地区真正告别长夜。然而,1998年旗帜2.5号试验的失利让整个人造月亮计划戛然而止。旗帜2.5的工作模式和旗帜2基本一样,但反射亮度大为提高,可提供相当于10倍月光的照明。1999年2月4日,进步M-40飞船在展开旗帜2.5的过程中,反射片被飞船上意外伸出的天线卡住。故障最终未能排除,旗帜2.5只能随进步M-40一同坠入大气层烧毁。

  “人造月亮”潜在影响不容小觑

  对于太空技术试验,一次失败实际上并不足以断送整个计划。而俄罗斯的人造月亮之所以未能继续,很大程度上源于一些俄罗斯科技人员对于项目的反对。有科学家指出,人造月亮的光芒虽然能够帮助人类消除黑暗,但会打乱本来已经习惯了自然光线强度变化的动物的节律。此外,由于人类生活范围不断扩展,人类夜间照明对夜空的光污染已经对天文观测造成了不小的影响和限制。一旦这种人造月亮上天,它耀眼的光芒有可能对天文观测造成毁灭性的影响。

  以上这些风险,对于四川那个研究机构计划开展的人造月亮同样存在。同时,更大的风险在于,集中能量照射地球的某一位置,是否有可能触发大气运动的不稳定性,造成局部或大范围的大气环流异常,进而引起极端天气在不该出现的地方出现,需要进行十分审慎的研究。对于俄罗斯旗帜计划的批评意见中,有人认为集中照射北极地区会引起北极冰山的融化,造成全球海平面上升。而美国NASA曾经资助过一项概念研究,探究用空间中的反射装置向火星反射阳光,来调整火星的气候使其更适合人类生存。事实上,在全球气候变暖的背景下,有美国科学家提议用太空镜将太阳射向地球的光线部分的反射回去,减少地球受到的太阳辐射,减缓地球升温。而四川的“人造月亮”计划,显然是反其道而为之,是否会产生气候效应,也需要进一步分析。从目前的新闻报道看,参与到项目论证中的都是航天部门的专家学者,论证的主要内容是这项计划在航天技术上是否可行,而没有其他学科的科学家参与进来。笔者认为,要真正搞清楚人造太阳是福是祸,还需要多学科协力才能完成。

  另外,在科学技术之外的社会问题同样值得考虑。当我们用电灯照亮黑夜时,电灯的使用者同时拥有享受光明和享受黑暗的权利。人造月亮,固然能让马路、广场、车站、机场等公共场所省去了照明的用电消耗,但同样使得人们无法在私人空间中像以往那样简单快捷的获得黑暗。新闻报道称这个项目能为成都地区每年节省电费12亿元,但社会是否会因此而付出其他成本,就不是科学家和工程师能够回答的问题了。

  最后,在设计这种航天器时还应该充分考虑航天器失效时的安全问题。按照新闻报道,人造月亮的照明精度可达几十米,这必然是建立在对飞行轨道、航天器姿态和镜面朝向的精确控制基础上的。而航天史上,不乏卫星因为故障而姿态失控、无法维持轨道或与地面失去联络的情况。对于一般的航天器,故障发生后最多导致航天器本身无法继续正常执行任务,而人造月亮如果在轨出现故障,照明的方向将变得不可控,可能会照向那些本不该被照亮的地方。因此,必须设置足够的安全程序,让人造月亮在出现异常情况时能够有效停止反射阳光。

  回首人类发展的里程,当我们盲目自大的、以人定胜天的心态试图改造自然时,得到的往往都是自然规律的反击。只有通过审慎的分析和规模由小到大的试验,才能让人造月亮成为一项新航天技术的创举,而非人类给自己找的另一个麻烦。

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