四川省南充市纖維檢驗(yàn)所 陳春全

力場(chǎng)防護(hù)罩：并非只存在于科幻故事中

四川省南充市纖維檢驗(yàn)所 陳春全

在著名的科幻電影《星際迷航》中，最引人注目的無疑就是寇克艦長(zhǎng)駕駛的星艦了。但在現(xiàn)實(shí)中，想要制造出真正意義上的星艦，人類還面臨許多尚未攻克的難題。比如說，高效的動(dòng)力與能源系統(tǒng)、封閉式生物循環(huán)系統(tǒng)等等。即便不考慮這些，也可想而知太空旅行中充滿了危險(xiǎn)：與小行星相撞，微小的隕石撞上艦體，甚至還可能遇到武裝到牙齒的外星人……

如果有一種防護(hù)措施既能夠抵擋敵方的武器，又可以摧毀太空中漂浮的異物，那會(huì)是什么呢？在諸多科幻小說和電影中，力場(chǎng)防護(hù)罩都是保護(hù)宇航飛船自身安全的主要工具。實(shí)際上，力場(chǎng)防護(hù)罩的概念雖然出自于科幻故事，但它卻是我們最有可能實(shí)現(xiàn)的星艦技術(shù)之一。

等離子體

宇航飛船面臨的首要威脅，預(yù)想中應(yīng)該是小行星、隕石以及敵方的導(dǎo)彈和炮火。想要對(duì)付這些威脅的最佳方法無疑是將它們通通氣化。現(xiàn)實(shí)中，唯一能夠?qū)崿F(xiàn)這種效果的東西叫“等離子體”。它是由部分電子被剝奪后的原子及原子團(tuán)被電離后產(chǎn)生的正、負(fù)離子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，又被稱之為“電漿”。

電漿是不同于固體、液體和氣體的物質(zhì)第四態(tài)。太陽就是由電漿構(gòu)成的，銀河中最絢麗燦爛的天體恒星和星云等也是。地球上，我們熟悉的閃電和北極光也都是等離子體。在恒星內(nèi)部，電漿的溫度高達(dá)數(shù)百萬攝氏度，絕對(duì)能夠?qū)⒁磺形镔|(zhì)在瞬間氣化。然而，自然界中的等離子體似乎并不會(huì)做規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而且還無法控制。但幸運(yùn)的是，電漿又是一種很好的導(dǎo)電體，我們利用經(jīng)過巧妙設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)，便可以對(duì)其進(jìn)行捕捉、移動(dòng)和加速。

在美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里，有一臺(tái)能夠控制等離子體的儀器，叫做“仿星器”。它其實(shí)是個(gè)巨大的電磁室，其內(nèi)部的藍(lán)光便是電漿。“仿星器”里的電漿不像閃電般不規(guī)則且難以預(yù)測(cè)，它表現(xiàn)得很平靜，甚至可以說是很穩(wěn)定。因?yàn)樵谶@里面它是受到磁場(chǎng)控制的，完全受制于磁力線。而我們可以隨心所欲地設(shè)計(jì)磁力線，讓電漿跟隨磁力線變換形式。

不過，要完成對(duì)宇航飛船塑造電漿的工作，首先得在電漿產(chǎn)生器旁邊裝上數(shù)百個(gè)重負(fù)荷電磁鐵。同時(shí)，由于飛船形狀并不規(guī)則，我們還必須小心安排每一個(gè)磁場(chǎng)，使之能夠重疊并包裹住飛船的每一處曲面。最后，一旦啟動(dòng)防護(hù)罩，宇航飛船就會(huì)被等離子體包住。

仿星器

激光柵欄

激光是20世紀(jì)以來，人類繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后的又一重大發(fā)明。激光將光子排列成同調(diào)的光束，只要我們將足夠多的能量注入其中，它就能夠以數(shù)千攝氏度的高溫摧毀任何物體。不過，激光束通常只有一支鉛筆那樣粗，想要保護(hù)宇航飛船這樣龐大的物體，我們就必須想辦法增加單一激光束的覆蓋面積。

在實(shí)驗(yàn)室中，科學(xué)家利用一束激光和幾面鏡子，做出了一個(gè)激光束交叉、折射而形成的網(wǎng)格。而我們可以通過增加鏡子和激光束的數(shù)量，做出一個(gè)更大的激光網(wǎng)格陣列，或者說是一個(gè)足以覆蓋宇航飛船全部面積的“激光柵欄”。任何通過激光柵欄的固體物質(zhì)，都會(huì)被激光產(chǎn)生的高溫瞬間氣化。

不過，要想在現(xiàn)實(shí)中得以實(shí)施，卻也面臨著工程量浩大的問題。因?yàn)橐雽?duì)宇航飛船進(jìn)行全覆蓋，至少需要幾十甚至上百個(gè)激光發(fā)射源，以及上千面用于折射激光的鏡子。同時(shí)，還需要在飛船上按照經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算所確定的位置，對(duì)它們進(jìn)行逐一安裝。

并且，激光柵欄也難免會(huì)存在一定的空隙。如果敵方的導(dǎo)彈足夠小，小到可以穿過激光柵欄中的縫隙，那么對(duì)飛船仍然能夠產(chǎn)生致命的威脅。解決這個(gè)問題的最佳辦法是在激光柵欄內(nèi)部再增加第二層防護(hù)措施，它要非常堅(jiān)固并且編制緊密，足以抵擋最微小的槍彈攻擊。

碳納米織物

世界上最堅(jiān)韌的合成物，眼下非碳納米管莫屬。碳納米管，又名“巴基管”，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料。它主要是由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。碳納米管非常纖細(xì)，只有五十個(gè)原子的寬度，相當(dāng)于我們頭發(fā)絲的兩萬分之一粗細(xì)。用碳納米管織成的布料比棉布還輕得多，但它的強(qiáng)度和韌性都是其他紡織品無法比擬的。

目前，美國(guó)麻省理工學(xué)院已經(jīng)能夠用碳納米管織造出整幅寬度的面料。而受到美軍資助的這一項(xiàng)目，仍然被列為機(jī)密的軍事計(jì)劃。因此我們無法得知，美軍要利用這些高強(qiáng)度織物去做些什么。不過，我們知道這種利用尖端科技生產(chǎn)的布料，是由數(shù)十億根碳納米管隨機(jī)交疊織造而成的。

科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)能夠制造出1毫米以上的碳納米管。但可以預(yù)見的是，不久之后他們便能制造出數(shù)十厘米甚至更長(zhǎng)的碳納米管。到那個(gè)時(shí)候，碳納米管織物蒙皮將成為宇航飛船第二層防護(hù)罩的最理想材料。

碳納米管

感光變色材料

對(duì)于資深的科幻迷們來說，肯定知道在宇宙飛行這種復(fù)雜的環(huán)境中，飛船面臨的威脅不僅只有導(dǎo)彈和太空異物?？芸伺為L(zhǎng)的星艦被擊傷或者是擊毀，十有八九都是敵方的激光武器所為。

按照我們的預(yù)想，即使是安裝了等離子體防護(hù)罩、激光柵欄以及碳納米管織物蒙皮的飛船，都無法抵御激光武器的攻擊。激光無法阻擋激光，這是一個(gè)常識(shí)。因?yàn)榧す鉀]有質(zhì)量，就好像兩只手電筒的光交叉而過，它們無法擋住彼此。也就是說，一旦飛船遭到激光武器的攻擊，敵方的激光就會(huì)穿過激光柵欄，一舉擊毀我方的飛船。

但現(xiàn)實(shí)中，能夠抵御激光攻擊的材料其實(shí)已經(jīng)存在。

在特殊光源環(huán)境中工作的人，大多都會(huì)配備一種特殊的眼鏡。在這種眼鏡的鏡片上涂抹有一層感光變色材料。所謂感光變色，就是說這種材料能夠?qū)馄鸱磻?yīng)。在普通光線下，鏡片是透明的。但是，如果我們用紫外線等特殊光源對(duì)它進(jìn)行照射，經(jīng)過短短幾秒鐘時(shí)間，鏡片受照射部分的顏色就會(huì)變深。因此，這種材料能夠大量減少通過它們的特殊光源，并最終將這些不速之光完全阻擋，而我們只需將它們噴涂于飛船外表面就能成功抵御激光武器的攻擊。

一艘宇航飛船在完成了這一系列的力場(chǎng)防護(hù)罩安裝之后，基本上就算是做好了一切能夠預(yù)想到的防御準(zhǔn)備工作。雖然我們的力場(chǎng)防護(hù)罩和寇克艦長(zhǎng)的“企業(yè)號(hào)”星艦采用的偏折式防護(hù)罩還不盡相同，但其能夠產(chǎn)生的作用在某些方面已經(jīng)超越了“企業(yè)號(hào)”星艦。

未來某一天，當(dāng)你指揮著一艘宇航飛船在浩瀚的銀河深處只身航行時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)敵艦正在逼近，你的第一個(gè)命令會(huì)是什么呢？當(dāng)然是：“啟動(dòng)防護(hù)罩！”