神通激光

第一節 太空城裏創大業

　　追求是成功的第一步，觀察是科學的金鑰匙，聯想是思維的雙飛翼。展開雙翼到廣闊無垠的科學長空裏去翱翔吧，它會將你帶到一個瑰麗的境界！誘人的前景，科學的未來，屬於那些不辭艱辛、永不收攏雙翼的探索者！

　　“嫦娥奔月”、“牛郎織女”、“孫悟空大鬧天宮”……在我國，流傳著多少關於“天宮”的神話故事；現代的中外科幻小說或電視劇目，更是不乏有關太空城市與生活的描寫。當然，人類是不會停留在神話故事、科學幻想裏麵的。人類正在創造條件，現代科學技術的各個領域——激光是其中的一個重要領域——正在突飛猛進地發展，人類終有一天會建立起“太空城”、“太空村”，到那裏去進行科學實驗，製造新材料和新產品。

　　這似乎有些蹊蹺：地麵上衣食住行這樣方便，水、電、氧氣充足，現代科學實驗手段齊備，為什麽要舍近求遠到太空裏奔波勞碌呢？原來，那裏有地球上所不具備的或很難獲得的實驗條件，如低溫、真空、失重和無菌等。在那樣的特殊條件下，一些物資將具有優異的特性，一些實驗會呈現出異乎尋常的現象，因而給科學技術帶來新的突破，使人類獲得新的生產力。

　　自從1957年第一顆人造衛星被送入環繞地球運行的軌道，人類的活動便開始向廣闊無垠的宇宙空間邁進。近半個世紀以來，空間技術迅速發展，各國的偵察衛星、通信衛星、科學衛星、氣象衛星、地球資源衛星紛紛到空間搶占“有利地形”。位於地球赤道上空距地麵約3.58萬公裏的軌道，是通信衛星、電視衛星和氣象衛星等安家的最佳軌道，衛星在軌道上繞地運行一周正好等於24小時，和地球自轉速度相同，衛星在軌道上猶如固定不動的空間站，故叫做地球同步衛星。30年裏，美國、前蘇聯、日本和歐洲國家爭相向這條軌道上發射了約300顆衛星，這條軌道上早已是“座無虛席”，近十幾年來，又有約200顆衛星發射入軌，這條軌道上真是擁護不堪。

　　在這期間，美國的“天空實驗室”、前蘇聯的“聯盟—6”和“禮炮—60”軌道站，是具有一定規模的太空實驗室，也可以說是小小的太空城，宇航員們把它作為實驗基地，進行了工業、農業和科學實驗。

　　宇航員們把太空實驗室變成一座小工廠，點燃了功率強大的爐子，熔煉和製造金屬合金、複合材料、特殊玻璃和半導體晶體等製品。這些爐子產生的熱高達到1000—2000℃，使少量的銀、銅、鋁、鋅、銦、镓和鍺熔化，混合成不同的均勻混合物，製造成具有獨特性質的優良合金；或使晶體材料熔化後重新凝固，形成不會發生畸變的純淨結晶。這樣的合金和晶體，在地球上的重力狀態下是不可能製造出來的，因為地球上的重力會使熔化的元素產生分離。此外，宇航員采用電子束和等離子弧等方法，進行了材料的焊接和切割，對發展宇宙工藝學起到了積極的推動作用。宇航員還在太空實驗室的植物園裏觀察種子發芽，將向日葵種子發芽情況拍成照片，邁出了向太空農業研究的第一步。

　　人類並不滿足於地球軌道站這樣的小小天地，正在計劃利用航天飛機和空間站去建造大型無人駕駛的“空間建築”——空間平台。人們將在空間平台上進行地球觀測、研究陸地——海洋——大氣的複雜係統，並在空間平台上建設空間工廠。人類還要在遠離地球的星球上建造大規模的太空城、太空村，到那裏去開采礦物、製造產品、進行科學實驗。

　　人類第一座太空城將建造在哪裏？我們可以肯定地回答：在月球。它是地球的“貼身衛士”。1969年7月，美國“阿波羅11號”宇宙飛船首次送兩位宇航員登月，自那以後，又有12位地球的使者先後訪問了月宮。他們在月球表麵共安裝了5塊激光反射板，從地球向月球表麵的激光反射板發射激光，然後，根據光速和激光往返時間，推算出地球與月球的平均距離。目前，國際天文學界共同采用的地月平均距離為384401公裏。近年來，激光測月精度已經達到8厘米左右。月球上沒有大氣，沒有大氣對陽光的散射，天空總是黑黝黝的，聲音不能夠傳播，那裏是一個無聲的世界，近在咫尺卻要靠對講機交談。沒有大氣層保溫，月麵上的溫差特別大，中午高達127℃，黎明前下降到零下185℃。月球上的重力很小，隻相當於地球上的1/6.在地球上，一個人體重60公斤，到月球上，隻有10公斤。由於這個緣故，人在月球上行走，飄飄然像騰去駕霧一般。

　　月球上，有豐富的礦藏可供開采，有了礦產資源，又可以利用那裏的特殊環境條件，就地進行冶煉和加工製造。要開礦、生產，就要有工具，到那時，人類不可能從“石器時代”開始，而是要采用人類最先進的技術和設備。可以預料，激光控製核聚變可能是太空城、太空村的最好能源，還是一種開礦和生產的強力手段。激光的一大特點就是功率強大，它是一種可以產生百萬度高溫的強大光束，能夠輕而易舉地穿透堅硬的材料，能夠使岩石瞬間化為灰燼，這樣光束不是比任何什麽樣的采掘和加工的機械都厲害嗎？

　　人類第二座太空城將建造在哪裏？看來，火星是顆最受人類關注的行星。20世紀60年代以來，美國多次向火星發射探測器和宇宙飛船。飛船在火星上成功著陸，揭示了火星的一些奧秘。從“海盜”飛船著陸地點來看，火星上非常幹燥，沒有液態水，大氣中含有微量的氧，溫度變化劇烈，中午28℃，夜晚降到零下132℃，因而沒有生物。然而，人們並沒有失去尋找“火星生命”的希望，據天文觀測和飛船探測，發現火星的赤道區和地下存在液態水，甚至有“大綠洲”。人類正在為登上火星做準備，美國10名女宇航員正在接受登陸火星的緊張訓練，因為從地球飛往火星的3年中，女性在壓力和寂寞方麵有較強的心理平衡能力和適應性。火星之謎，不久就會被人類揭開。

　　人們在“太空城”裏工作和生活，第一需要是什麽？是氧氣，因為不呼吸不行。怎麽樣把氧氣輸送到遙遠的“太空城”裏去呢？我們看到，自來水管把水送到千家萬戶，煤氣管道將煤氣送進每家每戶。更大規模的輸油管道從黑龍江省的大慶出發，經過吉林省和遼寧省，把石油送到了河北省的秦皇島碼頭。那麽，采用什麽管道，能把氧氣或其他氣體從地球輸送到月球的或其他的“太空城”、“太空村”裏去呢？如果采用鋼管、塑料管，那得有多麽長啊！再說，地球和月球都在“走動”，一根38萬多公裏長的管子在空間裏“晃動”，這簡直是不可思議！

　　科學家認為，將來，激光有可能成為行星距離間輸送氧氣及其他氣體的有效管道。可真是科學發達，無奇不有，光還能成為“管道”！

　　一根長圓筒形的紅寶石激光器，它的輸出端發射出來的激光光束呈管狀，這樣便形成了一根“激光管道”。

　　在“激光管道”中，光束分布狀態是：中心“管道”部分光線稀疏，能量密度很小；周圍“管壁”部分光線密集，能量密度很大。如果把一種氣體通入“激光管道”，光束就會運載著這種氣體沿著光的傳播方向輸送過去。不必擔心，氣體的分子或原子是不會穿透具有較高能量密度的周圍“管壁”逃逸出去的。就這樣，激光光束構成了一種十分奇特輸送氣體的管道。這種“光管”和普通的自來水管、煤氣管完全不同，氣體與“激光管道”管壁的摩擦不會對氣體粒子產生阻力，恰恰相反，由於氣體要去的方向正好和光束傳播的方向一致，因而這種摩擦大大提高了光束輸送氣體的效果。

　　采用“激光管道”從地球上向月球上輸送氧氣，在激光輻射裝置中必須有高精確度工作的特殊旋轉裝置，以便使“光管”軸線始終跟蹤月球的運動。為此，在月球上要記錄和接收地球發射激光的相對位置，並用校正脈衝向地球發出信號，請地球上的“回授裝置”來幫忙對正。

　　此外，利用“激光管道”輸送氣體時，考慮到通常的溫度和壓力下的光的吸收和散射，會降低“光管”輸送氣體的能力，因此，要事先給氣體預熱。當把氣體加熱到離子狀態時，輸送速度就會變大。當溫度達到5000-6000℃時，利用光束的壓力可以很容易地加速氣體運動。這樣，再使激光輻射功率增大，就可以遠距離輸送氣體物質。

　　這種“激光管道”輸送氧氣的設想，聽來似有些玄乎，其實不然，目前已能夠在有限距離內利用“光管”輸送氣體，將氧氣從地球上通過“光管”送到月球上去，不久就會實現。

　　到太空去工作和生活，這一天已經為期不遠了。到那時，人們在“太空城”裏辦工廠，在“太空村”裏種果菜，好一派生機盎然的喜人景象。