神通激光

第二节 飞向太空的时刻

　　1961年4月12日，前苏联“东方1号”载人宇宙飞船进入环绕地球的轨道飞行，宇航员加加林饱览了地球的风采。他面对美丽迷人的蔚蓝色地球，不禁吹呼起来：“啊！地球，我终于看清了你的全貌！”

　　1969年7月16日，美国“阿波罗11号”载人宇宙飞船登上月球，宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林站在月球上，遥望“故乡”的壮丽景象：一个比在地球上看到的月亮大十几倍的蔚蓝色巨球，看上去似乎一动不动地悬挂的空间。月球上的夜晚比地球上的夜晚要亮80倍，在“地光”（太阳光被地球反射到月球上的光线）下看书写字，十分清楚……

　　从那以后，宇航员们一批又一批地到太空“出差”。人们期望着：有朝一日登上火星去考察，飞向更遥远的星球去探险。

　　我们知道，要飞往太空并登上别的星球，必须具备两个最基本的条件：一个是宇宙飞船，这是飞往太空和地球以外的星球的交通工具；另一个是通信系统，这是时刻与“故乡”保持联系的必要设备。那么，在未来的宇宙航行中将采用什么样的最先进的宇宙飞船和通信设备呢？科学家们认为，激光是最有希望的技术手段。

　　对未来的宇宙飞船，科学家们作出了种种设想，如量子飞船、光子飞船、原子能飞船、太阳帆飞船、等离子体飞船及α粒子动力飞船等。太阳帆飞船是麦克斯韦提出的预言，它是以太阳的压力为动力，太阳光线就好像“宇宙风”一样，推动着宇宙飞船的“船帆”而使飞船前进。

　　自从方向性极强的激光问世以后，科学家们又预言；激光可以作为未来宇宙飞船动力。如果太阳光线能够给宇宙空间里自由飘荡的物体加速的话，那么，激光这样强大的辐射光束也完全可能给宇宙飞船加速。科学家们认为，实现激光动力飞船的可能性，不会比实现前面设想的种种飞船的可能性小。从物理学的观点来看，各种发动机无非是利用反作用力，激光发动机的反作用力可以由具有质量的光子产生。

　　近些年来，美国的雷塞莱尔波利特查尼克研究所着手研究以激光为动力，推进航天飞行器的飞行，已经取得卓有成效的结果。

　　激光航天飞行器的全部推进动力是由远距离发射的激光光束供给的。用远距离动力激光光束代替了普通火箭液体燃料以后，航天飞行器几乎不需要自身携带推进剂，因而就能够提供更多的有效载荷，也就是说，把省下的力量用来载人和各种仪器设备。

　　激光航天飞行器发射时，由航天器前部的椭圆形主反射镜接收动力激光光束，并把激光光束聚焦到屏蔽罩下的一个圆面积环内，再由第二反射镜把激光光束聚焦到航天器尾部，这时的光束强度已经非常高，因而引起空气电击穿，形成从航天器尾部向后去的冲击波，于是，就像喷气式飞机那样，航天飞行器在冲击波反作用下向前飞去。航天飞行器的动力激光是由空基自由电子激光器提供的，通过轨道卫星中继反射镜传输，恰如接力赛跑传递接力棒，中继反射镜把光束传给航天飞行器，这样航天飞行器不断得到动力，就继续向前飞行。

　　这种激光航天飞行器实际上就是激光飞船，它以激光为动力往返于地面与空间轨道站飞行，来回运送人员和器材，实现空间研究和制造。它起飞像火箭，垂直而起；返回大气层时又像飞机一样，滑翔到地面作水平着陆。它不需要火箭发射，也不使用火箭燃料，费用低廉，其发射费用仅为航天飞机的0.1%，每公斤有效载荷6-9美元。

　　激光航天飞行器的研制得到美国航天航空局的支持，进展很快。预计21世纪初，“水星号”、“双子星座号”和“阿波罗号”载人激光航天飞行器将发射使用。

　　飞往以光年计算距离的遥远的天体，人类必须拥有接近于光速的宇宙飞船。随着激光在航天器和飞船方面应用研究的突破和不断进展，宇宙飞船的速度逐步逐步地提高，将来终究会达到接近光速的速度，也许这就是未来的激光飞船或光子飞船。

　　近30多年来，空间技术发展很快，宇航员一批又一批地乘坐宇宙飞船，出出进进于宇宙空间，甚至在筹划女宇航员到火星去访问。这样，伴随而来的另一个问题摆在人们面前：怎样保障宇航员与“故乡”——飞船与地球之间的可靠的通信联系呢？

　　人们发现，电子通信技术并不十分可靠。1964年，美国把一艘“观察飞船”送往火星，试图测定火星大气的组成和密度。可是，飞船进入火星大气层以后，却断绝了与地球的联系，因此没有能够得到有关火星大气组成和密度的数据资料。

　　这是怎么回事呢？

　　我们知道，当宇宙飞船返回地球时，由于飞船飞行速度非常快，飞船壳体与地球周围稠密的大气层摩擦而被急剧加热，于是，飞船周围的气体被离子化，形成包围飞船的高温等离子区城。这个高温等离子区域把飞船及飞船上的高频无线电通信器件完全“裹住”，离子化气体含有高密度的自由电子，具有导电性，因而成为无线电波的隔离层。无线电波或者被它反射，或者被它吸收，因此，无线电通信完全断绝。

　　宇宙飞船与地面联系突然中断了！在飞船返回经过大气层这极重要的瞬间，宇航员急需得到地面的指示和帮助，地面也必须控制飞船返航和掌握可能突然产生的变化，然而，电子通信系统却无可奈何！

　　这个问题太重要了！人类要实现飞往地球以外的星体——火星、金星、木星，必须解决飞船周围形成等离子屏蔽层的问题，因为那些行星和地球一样，都有它们自己的不同密度的大气层。如果不研究出某种特殊办法，当宇宙飞船远离“故乡”进入那些行星“管辖”的大气层时，就无法和“故乡”保持联系了。

　　这样，宇宙飞船及其他以超音速进入大气层的飞行体的通信，便成了重要的研究课题。针对这一问题，科学家们研究出了种种解决方法，如采取对等离子层具有最优良透过性能的、最适当的频率范围，选取适宜穿过大气层而只形成薄薄的等离子层的飞行体外形等。我们都有这样的经验，顶风向前跑的时候，脸部和胸部受风吹最厉害；骑摩托车的人都要戴上头盔来防风，伸在前边的手也要戴上手套。飞船及其他飞行体与大气的摩擦也是这样，譬如说，为了使等离子层的厚度减小，要使飞行体的头部形状变尖，天线最好装在远离头部之处；为了减小等离子层自由电子的浓度，往头部附近的气流中喷入一种能降低气体温度、使气体的电子和离子重新结合的物质；为了在天线附近形成一个不受等离子区域影响的部分，利用水来冷却飞行体表面，等等。但是，这些方法，说起来容易，做起来却很困难，而且多半要增加宇宙飞船的重量，也不能保证飞船进入大气层时能够与地面进行稳定的通信联系。

　　于是，人们就求助于“万能的激光”。实践表明，利用激光光束，在宇宙飞船飞行中进入大气这一重要时刻，依然能够保持飞船与地面之间的通信。尽管还有一些难题要解决，但是，可以确信，激光是在宇宙飞船的整个飞行期间内保证飞船和“故乡”之间稳定可靠的通信的最佳选择。