疯狂的科学实验

不可思议的原子太空船

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1958年6月—加利福尼亚州,拉荷亚市。

“呼!哔,哔,哔!呼!”五岁的孩子在玩他的玩具太空船,一个圆锥形的锡制火箭,侧面装饰着大红色的彩条,还有相配的红色尾翼。他把太空船举过头顶,以平滑的抛物线轨迹上下滑行。“呼!呼!”

一辆车停进车道的声音通过打开的窗子传了进来。顷刻间男孩丢下玩具大喊起来:“爸爸回来了!”他跑到外面,奔向绿白双色的雪佛兰汽车。他的父亲,一个深色头发的清瘦男人,坐在驾驶座上,车窗摇了下来。

“爸爸!爸爸!”男孩大喊着,无法控制自己的兴奋,“是真的吗?你在建一艘太空船?”

他的父亲低头看着男孩,脸上显出困惑的神情。“你听到新闻了?”

“是真的吗?是真的吗?”

他的父亲微笑起来,轻柔地说:“是的,乔治。是真的。”

他的母亲走出来站在他的身后。“你好,亲爱的。他已经说这个说了一整天了!”

“你会飞向哪里?它看起来什么样?有多大?”男孩的问题连珠炮一样地脱口而出。

他的父亲瞥了一眼手表。“跟你说,乔治。上车来,我带你去看点你可能会感兴趣的东西。”

乔治即刻绕着车跑到另一边,拉开车门,跳上了他父亲身边的座位。

“你会给我看太空船吗?”

“我们到了你就知道了。”男人看了一眼他的妻子,“我们就去一小会儿。”

“玩得开心。”她答道。

父亲将车缓缓开出车道,开上主路。他沿着棕榈树成行的大街开了几个街区,然后拐上了一条蜿蜒的斜坡路。在他们左侧,太平洋在午后的太阳下闪着微光。

在路上,男孩不断用问题纠缠着他的父亲。“它能开多快?可以带我一起去吗?”

他的父亲一脸神秘地瞥了他一眼。“这是最高机密。我什么也没法告诉你,但是我会给你看一件东西。”

男孩急迫地点点头表示他明白了。

他们抵达了山顶,又开了一分钟。随后父亲将车停在路边,路的下面就是山谷。“我们到了!”他下了车,儿子紧跟在他身后,然后他们站在一起,注视着眼前的景色。

沿岸的矮树丛在他们面前伸展开来,在风中起伏摇曳,随着太阳在天空中西沉,树影愈加狭长。他的父亲指向峡谷边缘,大约半英里远的位置。“看那里。”男孩沿着父亲的手指,看到某个恰似一艘太空船的东西停在整个场景中间。这是一个巨大的环形物体,大约一百五英尺宽,三十英尺高,四周由厚实的钢制扶壁支撑。环绕着这个物体的窗户明亮地反射着太阳光线。

男孩大口喘息着。“是那个吗?那就是太空船吗?”

他的父亲在他身边跪下身来。“不,倒不是这样。那是我工作的地方,我们在那里设计太空船。但是你可以从那座建筑了解太空船大概会长什么样子。把它想象成基座。然后是太空船本体,形状像一个巨大的鸡蛋,坐落在基座上面,超过两百英尺高。”

男孩向下看去,他的嘴巴大张着,想象着巨大的飞船从地面升空的壮观场景。

“你们要去哪儿?”男孩问道。

他的父亲微笑着说:“去向星星,乔治。我们将向群星进发。”

20世纪之前,那些梦想家们想象着各种奇妙手段,来实现太空航行。一位17世纪的主教,赫里福德郡的弗兰西斯·戈德温,想象自己乘坐一辆由二十五只天鹅拉的双轮马车前往月球。到了19世纪,人们则见证了独创性方案的大丰收。儒勒·凡尔纳建议用一门九百英尺的加农炮将一艘船发射到太空。埃德加·爱伦·坡描述了一段乘坐热气球前往月球的旅途。爱德华·埃弗里特·黑尔想象将一艘砖砌的太空船沿山坡上一条巨型滑轨滚下山,然后再用两个水驱飞轮给予它最后的推力,使它飞上绕地球的轨道。乔治·塔克则描绘了由一种想象中的反重力金属“钥”提供浮力,飘浮进太空的画面。

到了20世纪20年代,得益于罗伯特·戈达德的工作,人们已经清楚化学火箭是将物体发射进太空最实际的手段,但是发明者仍继续想象着其他的技术。技术的进步令他们的想象更加的夸张了。于是在20世纪40年代中期,所有方案中最具想象力的一个出现了,单单是其大胆程度就无人能敌,离谱得令戈德温的天鹅方案相较而言也显得还算神志清醒,有理有据。其想法是使用一颗原子弹将一艘太空船推进太空,并把它推向更远的地方。

冲浪太空

1945年7月,新墨西哥州的荒漠地带,为原子太空船概念的诞生提供了背景。曼哈顿计划的科学家们聚集到一起,见证了三位一体核实验—原子弹的第一次爆炸。随着巨大的火球在白沙实验场上空升起,该计划的科学主管,J.罗伯特·奥本海默,想到了印度教经文中的一句广为人知的话:“现在我成了死神,世界的毁灭者。”但他的同事,波兰裔美国人斯塔尼斯拉夫·乌拉姆的想法就明快得多。当他看见蘑菇云在天空中形成时,就在想原子弹释放出的巨大能量能否以某种方式用于和平的目的。他沉思着:它能否推动一艘太空船前进呢?

化学火箭的主要局限在于,从燃料中获取的能量比较低,如果尝试使燃料在更高温度下燃烧,以获取更多能量,火箭本身也会熔化。乌拉姆想到了一种解决办法。他想象不用化学燃料,完全拆掉火箭外壳,将它们用一颗原子弹取代。然后在太空船后方引爆原子弹,这样就能释放同等重量火箭燃料几百万倍的能量。如果太空船设计得当,有一块巨大的钢板承接爆炸的力—想象一块直径一百二十英尺,重一千吨的钢板—这样的爆炸可能不会毁掉太空船,而是以巨大的加速度将它推向前方。乌拉姆的想象类似于冲浪手乘着一波海浪冲向海滩,只是海浪换成了原子能的冲击波,它将带一艘太空船升空,然后穿越太空。

当人们第一次听到乌拉姆的想法时,通常会认为这是个疯狂的念头。难道原子弹不会直接把太空船炸毁吗?即使没有,暴露在辐射下该怎么办,如何驾驶太空船?对于核物理学家以外的任何人来说,诸如此类的担忧可能会令这一想法止步于猜测和幻想,但是乌拉姆无法摆脱这个念头,它就留在他脑中,不断地对他絮絮低语。直到1955年,他写了一篇报告,详细地探究了这一想法:“关于运用外部核爆推进射弹的方法”。

乌拉姆的报告引起了泰德·泰勒的注意,泰勒是美国顶尖的核武器设计者之一,1956年,他刚刚开始在位于圣迭戈市的通用原子能公司工作,该公司致力于将核能充分运用在和平的用途上。泰勒做了一些粗略的计算,意识到尽管看起来很奇怪,但乌拉姆的想法也许可行。他询问了自己的朋友,被普遍认为是世界上最杰出的数学家之一的弗里曼·戴森的意见。戴森表示怀疑,但他也做了一些计算,令他自己也感到惊讶的是,他与乌拉姆和泰勒得出了相同的结论。一艘由原子弹作为动力的太空船也许真的能飞起来。

卢·艾伦的球和太空中的井盖

在20世纪50年代进行的核实验过程中发生的数个事件,意外地为乌拉姆的原子弹推进概念提供了实际证明。1955年,美国空军物理学家卢·艾伦将大个的钢制球体(被其同事开玩笑地称为“卢·艾伦的球[7]”)挂在数次核爆的附近,希望能够测试冲击波对于球体内所装的各种物质的影响。艾伦预计冲击波的力量仅会将球体抛出,但是实际结果是球体被推出了很远的距离,比他预计的要远得多。事实上,他找它们时都费了番功夫。它展示了乌拉姆预见到的核爆的推进效应。

另一个事件提供了更为戏剧性的证明。1957年夏季,美国军方执行了一系列核实验,包括位于拉斯维加斯西北方的内华达实验场,进行的数次地下核爆。在其中一次地下实验过程中,爆炸的力量将一块巨大的钢板—直径四英尺,厚四英寸,重量几乎达一吨的钢板—从爆炸竖井的顶部推飞了起来。提前预见到此事可能会发生的工程师们已经将一台高速摄影机对准了井盖,以便计算其飞起时确切的速率,但是它的运动速度太快,以至于仅在胶卷上出现了一帧,就消失不见了。人们再也没找到它。

然而,实验的设计者罗伯特·布朗利博士估计,爆炸的力量与通道会聚力量的效应加在一起,将钢板加速到了逃离地球重力所需速度的六倍多。事实上,这块钢板的加速度可能大到足以离开整个太阳系,直冲太空,就如同一艘由原子弹推进的太空船的微缩版本一样。

太空中的井盖很快就家喻户晓,成为原子时代的传奇之一。那些热衷者们喜欢指出,尽管1957年10月4日由苏联人升空到地球轨道的斯普特尼克这颗一百八十四磅重的球形卫星,通常被看作是第一个抵达太空的人造物体,但实际上太空井盖在一个多月前就抵达了太空。可不幸的是,事实上井盖很可能没有进入太空。它的初始加速度肯定足够,但是大气层会使它的速度急剧降低,或者彻底烧掉它,将它烧成了微小的金属颗粒,撒在内华达的广大区域里。但是,想象井盖确实飞出了地球轨道,现在仍然在太空里的场景仍然十分有趣。它可能在冥王星外的某个地方,作为人类第一个,也是最不寻常的使者向着群星继续它的旅程。

猎户座计划

卢·艾伦的球和奇特的井盖,为原子弹或许能将物体推送到太空中提供了实物证据,但是真正给乌拉姆的概念以机会,使之从幻想中的念头发展为真实计划的,是斯普特尼克卫星。这颗苏联的小型卫星,穿过天空在地球轨道上旋转着,令美国军方惊慌失措。顷刻间,他们对于那些快速进入太空的想法—甚至是看似不着边际的想法,都变得包容起来。

泰德·泰勒意识到此时时机正好,他说服通用原子能公司向美国国防部高级研究计划局提交了一份建议书,为原子弹太空船寻求经费支持。1958年6月30日,他收到了好消息。计划局将给通用原子能公司一份百万美元的合同,以开展一项“由核弹推进太空飞船的可行性研究”。看起来原子弹太空船将会成真了。

泰勒很快召集了一群顶尖的工程师和研究者,包括弗里曼·戴森。招募人才并不困难。项目本身就有充分的吸引力。哪个核工程师不想协助建造一艘围绕太阳系飞行的太空船呢?这满足了他们的好奇心和幻想,他们就像是一群孩子,在玩一个巨大的、非常强有力的玩具。泰勒将此次行动命名为猎户座计划。这个名字倒没有任何特别的含义。他只是觉得这听起来很酷。

弗里曼·戴森的儿子乔治·戴森,后来写下了猎户座计划的历史,在文中,他回忆起1958年6月的一天,他第一次听说他的父亲在协助建造一艘太空船时的情形。他当时只有五岁,觉得这是世界上最令人惊叹的事。父亲一回家,乔治就用问题缠着他:“太空船有多大?”“你们要去哪儿?”“可以带我一起去吗?”为这一计划工作的工程师们和年幼的乔治有着同样的热情。

那时,其他太空工程师的想法比较局限。想将任何东西发射到太空中,都需要巨量的燃料,因此,所有东西的重量都必须尽可能地控制在最低限度。为此,水星计划里的第一个载人太空舱非常小,也就比包裹在宇航员身体周围的外壳大一点点。然而猎户座计划的工程师们,从一开始就雄心勃勃。对他们来说,更大则更好,因为巨大的太空船更容易抵挡住原子弹的轰击。所以他们最初预计建造一艘四千吨重,二十层高的太空船,差不多和一艘核潜艇一样大,而他们认为这是保守的预计。一块一千吨重的圆盘—“推进板”,将会吸收爆炸的能量,同时通过一种吸收冲击的机制,保护船上的船员。他们计算这会需要一百颗原子弹,大约以半秒的间隔爆炸,来将这一巨型船只送上轨道。

美国宇航局的工程师们认为月球是一个充满野心的目标,而猎户座计划则将视线投向了更远的地方。月球仅仅是太阳系宏伟旅行的第一站而已。无畏的冒险者们想象着:用原子能推进的太空船,巡游到金星仅需一个月,随后他们将奔向火星,再冲向土星,最终返回地球。“1970年抵达土星”成了该计划的战斗口号。

在圣迭戈市郊,拉荷亚悠闲的热带背景下,通用原子能公司的总部里,一种狂热的乐观主义攫住了猎户座计划的工程师们。他们开始想象各种宏伟的可能性。弗里曼·戴森得出结论,没有理由认为太空船重量不能达到八百万吨,这将使太空船的个头成为泰坦尼克的一百六十倍。一艘这么大的超级猎户座太空船可将两千名居民送上一百五十年的旅途,前往半人马座阿尔法星系。戴森同时意识到,猎户座太空船的强大使得大规模的外星环境地球化改造项目成为可能。他想象开展一个“洪水计划”,将大量的水从土卫二(土星的卫星之一)运往火星,由此将我们的邻居行星转变成一处适合人类居住的天堂。

洛玛岬的升空实验

在任其想象信马由缰之前,猎户座计划的工程师们意识到他们需要测试核弹推进太空船的概念,以确保它在实际中和理论上一样可行。这要求他们建造一台原型机。很明显他们不能运用原子弹,所以他们依赖传统炸弹开展实验。

实验在洛玛岬进行,那是与圣迭戈海湾北部边缘相连的一座半岛。猎户座计划的工程师们建造了一个高一米,重三百磅的模型,他们称之为“热棒”。他们建造它以喷射小炸药筒装的一种塑性炸药—C—4炸药,穿过其底部的平板发射。当套上玻璃纤维外壳时,它看起来就像一颗非常宽大的子弹。不装外壳的话,它就像一只海上的浮标一样—一座小塔立在圆形平台上。1959年的整个夏天他们都在鼓捣它,试图让它运作起来,随后在1959年11月14日,他们准备好迎接最后的实验了。

此计划的爆破专家杰里·阿斯特尔拍下了整个过程。当C—4在装置下方被引爆时发出砰的一声巨响,然后装置向上腾起。第二发炸药落下,然后“砰”又一次爆炸,装置腾起得更高了。砰、砰、砰。每一次爆炸发生时,热棒看起来都像是要翻倒、坠回到地面一样,但是它却令人难以置信地摇晃着越升越高。六次爆炸将它推到了一百八十五英尺高的地方,随后一顶降落伞撑开,它安然无恙地降落了下来。这是一次完美的测试飞行。这一实验的运作与工程师的预想别无二致。

据说,当高级研究计划局的评审组看到录像时,评审员们都沉默了。很多评审员怀疑过猎户座计划的可行性,然而现在证据就摆在他们面前,证明至少从理论上来说,这一概念是可行的。工程师们信心焕发,开始着手设计全尺寸的太空船。

也许猎户座太空船最神奇的地方在于,工程师们相信他们可以运用1958年已有的技术建造它。他们知道如何造炸弹,也知道如何建造巨大的建筑结构,如航空母舰。猎户座太空船只是简单地将这两种形式的技术知识结合在了一起。

但显然,太空船的设计仍然面临着巨大的技术困难。毕竟,让一米高的模型配合C—4炸药飞起来是一回事儿;建造一艘四千吨的太空船,靠原子弹飞起来完全是另一回事儿。

第一,减震器的问题。如果在推进板和太空船之间没有减震器,来自核爆的突然的推力会要了船员的命,这样就糟糕了。但是该如何建造减震器,才能承受多次原子弹爆炸而不损坏呢?

第二,销蚀的问题—钢制推进板的损耗又该怎么办呢?这块板子在解体之前又能承受多少次爆炸的冲击呢?

第三,具体又该怎样在太空船后侧射出核弹呢?在加速度峰值时,核弹必须每隔半秒就引爆一颗。人们要么通过推进板上的活板门发射核弹,然后祈祷活板门永远别卡住,要么就从推进板侧面抛射核弹,指望核弹别飞向错误的方向。两个选项都不算理想。然而,这些都是工程设计上的问题。猎户座团队确信,时间充足的话,这些问题都可以解决。

猎户座计划的终结

最终,毁掉猎户座计划的并非技术困难,而是政治原因。美国政府在1958年组建了美国宇航局,期望它能够承担所有非军事太空项目。然而,宇航局不想以任何方式涉足猎户座计划。让他们的宇航员坐在载满核武器的装置上,对这样的想法,宇航局的人不大“感冒”。同时,正如宇航局管理者在一份报告中所说:“政治上能否批准使用这样的装置的问题,将沉重地打压了反对的一方。”因此,为了继续得到经费,猎户座计划必须划归军事项目。在某一段时间里,它就是这样被安排的。1960年,高级研究计划局将猎户座计划的管理权移交给了美国空军。然而,空军没有兴趣开展宏伟的太阳系观光旅游。相反,他们要求从军事上利用该项目。由此催生了猎户座战船。

猎户座战船将是一艘真正令人惊恐的造物。想象死星[8]围绕地球轨道运行,集聚的火力足以将整个星球摧毁,使之不再适合居住。该战船受其一百二十英尺长的钢板保护,几乎可以免受任何攻击的伤害。如果探测到有导弹袭来,它可以直接以原子速度迅速离开,然后躲到月球的背后。

美国空军建造了一个八英尺的模型来展示猎户座战船的概念。它身上载满了武器—五百个民兵式弹头,以及多个五英寸口径的火炮—还同时载有多个辅助登陆艇。1962年,在肯尼迪总统观摩范登堡空军基地时,托马斯·鲍尔上将骄傲地向肯尼迪总统展示了这一模型。据说肯尼迪惊恐地后退,怀疑军方最高官员疯了。那时他正在试着缓和与苏联的紧张关系,公布猎户座战船将会造成反面影响。所以这个模型被悄悄收了起来,从那以后再也没人见到过它。如今它很可能仍藏在某个政府仓库里。

1963年,美国和苏联签署了《部分禁试条约》,禁止一切大气核实验。《条约》使太空船升空从政治上变得不再可能,从而宣告了猎户座计划的终结。1965年1月,美国空军撤销了对该计划的拨款。

直到今天,猎户座计划仍然是太空时代一大未能实现的辉煌梦想。随着人们对某次火星任务的讨论热烈起来,那些猎户座计划的死忠粉—确实有相当数量这样的人—指出一艘猎户座太空船,可以用化学火箭十分之一还绰绰有余的时间,将船员送到火星。但是,这会带来放射性尘降物的问题。这对身处推进板后方受到保护的宇航员来说,问题可能还不大,但对所有地球上的人来说,推送猎户座进入轨道需要一百次核爆,要生活在这些核爆造成的余后效应中,问题可就大了。据戴森计算,猎户座太空船的一次升空会生成足以杀死约十个人的放射性尘降物。他推论道:这令该技术的应用变得不可能。

猎户座真的可行吗?受聘于该计划的大多数工程师—很多仍然在世—依然坚称它可行。在这样的前提下,认为猎户座计划或许并没有被完全封存会是很诱人的想法。也许美国军方秘密地将该计划纳入了五十一区,在那里继续着开发工作。也许今天有完工的猎户座太空船存在于世,被藏在内华达荒漠地下,或者西伯利亚的偏远地区。

不幸的是,其存在会被公之于众的唯一时机,将会是在诸如核战争或大规模小行星撞击等大灭绝事件中。政客和最高军事官员将会列队登上太空船。然后它将会在核爆的推进下前进,载着它的乘客去往安全的太空。这将会是壮观的景致,但也将是我们所有普通人能够看到的最后一景。

[1].诺亚方舟:《圣经》传说中,诺亚为躲避大洪水而建造的巨大船只,船上载有诺亚一家和世界上各种陆上生物。

[2].巴甫洛夫的狗:俄国的科学家巴甫洛夫开展过一系列以狗为研究对象的实验,其中最著名的实验是每次给狗送食物以前打开红灯、响起铃声。这样经过一段时间以后,铃声一响或红灯一亮,狗就开始分泌唾液。这种现象被称为“条件反射”。人们后来用“巴甫洛夫的狗”形容一个人做出反应不经大脑。

[3].电报响码器:用来接收电报信号的机电装置。当收到电报信号时,它会发出长短不一的咔嗒声,以分别代表短按键和长按键—“点”和“横”—它们在莫尔斯电码中用来代表不同的字符。电报员会根据响码器发出的声音将信号译成电报的文字。

[4].奥威尔式:乔治·奥威尔是英国著名作家,著有《动物庄园》和《一九八四》等作品,批判极权主义社会。由此衍生出的“奥威尔式”一词,在此主要形容如奥威尔小说中描述的那样受到严苛监控的生活环境。

[5].盖革计数器:由H. 盖革和P. 米勒于1928 年发明的用于探测电离辐射的粒子探测器。

[6].格令:历史上使用过的一种重量单位,1格令约合0.06克。

[7].卢·艾伦的球:“balls”在非正式场合也有男性睾丸或胆量的意思,在这里是卢·艾伦同事的一句玩笑话。

[8].死星:《星球大战》故事中虚构的卫星大小的战斗空间站,其装载的武器具有能摧毁整颗行星的威力。