幻心雕龙 | 赵洋：《三体》航天考（四）
本文摘选自《太空进行时》一书，感谢作者和果壳阅读授权发布。
（赵洋：《太空将来时》，清华大学出版社，2013年）
赵洋
《三体》航天考（四）
辅助技术
人类面对“三体危机”抖擞精神团结起来，曾经的“技术深渊”（《三体II》222页）被一一克服。太空飞船本体建设、星战武器、循环生态系统、太空港口等技术一一实现。这些技术是进行太空防御和太空生存不可或缺的配套技术，大刘称其为“辅助技术”。
生物圈三号
“行星际飞船与恒星际飞船的差别，就像内河渡船与大洋上的万吨巨轮的差别一样，当然区别并不是体现在体积上，恒星际飞船也有体积很小的，但与行星际飞船相比，它们拥有最精良的推进系统，装备着行星际飞船上没有的生态循环系统，且每个分系统都有三到四个冗余备份。”(《三体III》p328)
这种生态循环系统是目前航天器上环境控制与生命保障系统的完美升级版。宇航员可以在国际空间站上引用循环水，却无法摆脱对地球运输氧气和食物的依赖。据估计，宇航员在空间站上生活一年需要消耗4至5吨物资。地球是个放大的空间站，大气将我们与真空隔离开来，生物圈维持着氧含量和碳循环。有可能把地球生物圈缩小吗？
1987年至1989年间，一座由钢架和玻璃构成的巨型温室出现在美国亚利桑那州图森市的荒野地区。这就是“生物圈二号”，其目的是验证人类是否能在一个封闭的生物圈中生活和工作，也探索了在未来的太空殖民中封闭生态系统可能的用途。生物和生态学家往这个占地1.3万平方米、8层楼高的建筑内塞进了4000多种动植物、还建造了农业区、热带草原、雨林、荒漠、沼泽和海洋，试图模拟地球北回归线和南回归线间的生态系统。生物圈二号的名字来源于它的原型“生物圈一号”，即地球。
生物圈二号
生物圈二号计划共进行了两次任务；第一次任务计划从1991年9月至1993年6月，在这次任务中，温室内的氧气与二氧化碳的比例无法自行达到平衡；水泥建筑物影响到正常的碳循环；多数动植物无法正常生长或生殖，其灭绝的速度比预期的还要快。
生物圈二号的试验失败了。原因之一是温室里的动植物都是天然地适应开放环境的，在小系统中它们的自我调节能力将迅速失效。章北海认为，全封闭生态圈对物理学基础理论依赖较小，所以这是可以解决的问题。“智子”并未锁住生物工程的研究，只要通过基因工程改造出适于封闭小环境且无惧微重力和高辐射的生物，人造生物圈就不再是天方夜谭。如果这个封闭小环境能够自给自足长期运转，将成为当之无愧的“生物圈三号”。远航的星舰和居住成千上万人的太空城都离不开这些“造境生物”和人工生物圈。
目前，“受控生态生命保障系统”研究致力于利用植物的光合作用、升腾作用、降解作用，以生产食物、净化空气和水并处理废物。已经开发出的“藻类-鱼-虾”系统和“红萍-鱼-螺”系统都可加入人的环节，为宇航员提供营养和氧气。但人更乐于与绿色植物共生，宇航员也不能总吃水藻和鱼肉。为了身心健康，必须研制以高等植物为主体的自循环生态系统。其难度也是可想而知的，总体积18万立方米的生物圈二号尚无法支持4男3女共7位实验人员两年的生活，星舰上的生物圈能够缩微到什么程度呢？
生物圈二号的大型温室
一梦到未来
“人体冷冻是人类在时间上的首次直立行走。”（《三体III》p51）
冬眠后的人类与和“脱水”后的三体人一样，都不用再忍受远距离长航时太空飞行对生命的消磨。
如果将某人冰冻起来，再让他在未来苏醒，因为记忆还停留在被冷冻的时刻，所以对这个人而言，简直是一步跨入了未来。
人体冷冻术最早出现在科幻小说中。1931年，美国《惊奇》杂志发表的一篇科幻故事写到，一个叫詹姆斯的人去世后，遗体被发射到太空中。在那里，寒冷和真空使其遗体无限期保存下来。几百万年后，人类早已灭绝，某种外星机械民族发现了这具冷冻的尸体。他们把詹姆斯的头颅复活后移植到机器人的躯体上。后来，詹姆斯便长生不死了。被称为人体冷冻学之父的罗伯特·埃廷格看到这篇小说后在1962年写出《不朽的前景》一书。他在书中列举了大量事实，证明了冷冻复活的可能。
加州大学心理学教授贝德福德博士是第一个亲身尝试人体冷冻的人。1967年1月12日，他因肾癌肺转移去世，几小时后，其遗体就被当时的加州人体冷冻协会会长纳尔森等人冷冻。如今，贝德福德的身体依旧被贮存在“阿尔科生命延续基金会”——世界最大的提供人体冷冻服务的机构，等待有朝一日复活。想用冷冻遗体的方法逃脱“不治之症”的人不止贝德福德。迄今，约有200人被冷冻，另有一千多人签署了冷冻协议。他们希望，现在的不治之症在未来会有法可治，届时他们苏醒过来，可以开始新的人生。
阿尔科生命延续基金会
但科学界对人体冷冻的看法尚未达成一致。毕竟还没有一个人经过冷冻又安全“复活”。没有实验能证明，在冷冻一段长时间后，人体细胞仍可以保存完好。就目前技术而言，能低温保存的只有血液、细胞和人体器官。但目前要保存单个人体器官仍然非常困难。动物实验表明，冬眠对记忆有负面作用。维也纳大学的研究人员在对欧黄鼠的研究中发现，长达数月的冬眠会对冬眠动物的记忆构成负面影响。相比起没有进行冬眠的动物，欧黄鼠在冬眠后无法解决它们在冬眠前已学习过的任务，如在迷宫中找到正确路线，或者是控制食物机器的杠杆。一个可能的解释是，冬眠会降低神经的活性。科学家甚至已证明，脑部的神经元连接会在冬眠时断开。所以，很可能通过冬眠进行未来之旅是一个危险的途径，参与者要冒着失忆的风险在未来开始一段新生。
冬眠者也是时间旅行者，大史、罗辑、丁仪、程心，他们像威尔斯笔下的时光旅者一样，带领读者在五光十色的未来时代跳跃前行。他们与云天明这样空间旅者一样了不起，在他们面前，都是难料的命运、未知的未来。
辅助技术散论
人类机体在9.8米/秒2的重力环境下进化生长，超过这个重力水平人会感到不适乃至血液重新分布，进而机体破坏危及生命。以秒计算胜负的太空战斗中，飞船的高机动性意味着飞船的高存活率，伴随高机动性的高加速度却可能致人死地。《三体》中发明了“深海状态”以应对这一生存悖论。
“当处于最高推进功率时，飞船的加速将达到120G，所产生的超重是正常状态下人体承受极限的十多倍，这时就要进入深海状态，即在舱室中注满一种叫“深海加速液”的液体。这种液体含氧量十分丰富，经过训练的人员能够在液体中直接进行呼吸，在呼吸过程中，液体充满肺部，再依次充满各个脏器。……当人体充满深海加速液时，与深海中的压力内外平衡，就具备了深海鱼类那样的超级承压能力。”（《三体II》338页）
设想固然美好，但操作起来不可有偏差。根据浮力定律，“吸满”深海加速液的人体密度需要与体外深海加速液的密度相同，才能悬浮其中。如果人体密度过大，在飞船向前加速过程中会撞向舱底；人体密度过小则会撞向舱顶。二者密度差越大，作用于人体的流体静压力越大。人有高矮胖瘦之分，恐怕难以在同一舱室进入深海状态，应针对不同个体配置不同的深海加速液。或者干脆每人身着抗荷服，在抗荷服中注入深海液，形成微型的加压舱室。
“知己知彼，百战不殆”。人类的活动对三体人是透明的，但三体人永远隐藏在迷雾中，恐怕除了云天明，无人目睹过它们的真面目。太空望远镜是唯一可以一窥三体人虚实的设备。从哈勃2号开始，太空望远镜不断发展。哈勃2号太空望远镜的直径由哈勃一号的4.27米扩大到21米，正是用这台望远镜看到了“刷子”，证实了三体舰队的存在。几十年后，处于小行星带外侧太阳轨道上的“林格-斐兹罗监测站”上的一组六个巨型透镜，更是目睹了三体第一舰队的减速和水滴的航迹。又过了七十多年，“一号观测单元”配备的镜片直径达到两千米，“上面可以放下一个小城镇了……透镜组延绵二十五千米，镜片间相距很远，看上去都像是孤立而互不相关的东西。”这个望远镜观测到三体第二舰队造成的“肥皂泡”，这又揭开了宇宙中的另一个大秘密。
小说中人类用电磁炮发射宏原子核、球状闪电、铁球。太空电梯的尽头则是电磁炮的和平应用——电磁发射器（《三体II》p129, p167 p219），用于将货物等有效载荷发送到太空中的目的地。但是如同一切发射弹丸的枪支一样，根据动量守恒原理，电磁发射器存在后坐力问题。如何在太空悬浮状态下抵消后坐力，保持弹丸或货物的发射精度？或许可以通过离子发动机解决这个问题。
离子发动机的推力虽小但可以反复启动，用于太空中的位置维持最为适宜。在“阶梯计划”中它被用来保持核弹的位置。第六代太空望远镜镜片直径1200米，也是用离子发动机保持位置（《三体II》p341）。
当人长期居住在位于太空的人造环境中时，人-机环境成为影响工作效率和大问题。“去设施化”可以避免记忆成百上千的按钮、开关位置，防止误操作。飞船内看不到仪表、屏幕、座椅，但飞船舱室到处都可以变成这些设施（《三体II》p336）。技术被深深隐藏在现实之后。郑文光创作于20世纪70年代末的科幻小说《飞向人马座》中，飞船内的墙壁和地板都可变成屏幕，语音控制系统无处不在。可谓飞船去设施化的鼻祖。
从“逐力竞强”到“轻快小巧”
《三体》中人类航天技术的飞速进步是为应对三体危机而产生的“冲击-回馈”效应。一开始航天技术就致力于解决“能量、强度、材质”问题。但信息和控制同样重要。遗憾的是，人类在获取入侵者信息方面用力太少（太空望远镜的观测和对云天明童话故事的解读是仅有的成果），根本无法做到知己知彼。用力太少的源自无从着力——巨大的空间距离是信息的天然屏障，智子的干扰又是一重枷锁。所以人类航天只能野蛮生长，追求更快、更大，而不是更小、更巧，缺乏对敌人的针对性与灵活性。缺乏针对性表现在，通过审讯叶文洁得知三体舰队采用冲压发动机后，完全可以在其航迹上施放纳米机器人，形成“弹雾”，达到侵蚀、阻滞三体舰队的目的。智子只能锁定高能物理实验，纳米尺度的探索仍可以进行。有汪淼这样的一流纳米科学家在，不愁造不出这样的“纳米机器杀手”。后来，人类已经使用广泛纳米机器人做清洁工（《三体III》p297）。当然，由于智子侦测的存在，如果实施这样的阻滞方案还需通过“面壁计划”加以伪装才行。甚至，云天明在童话中已经暗示了这个方法——还记得“饕餮鱼”吗？那就是一种自我复制机（《三体III》p290）。
饕餮鱼暗示着某种人造智能机器，这种机器体积很小，但可以自我复制，这种机器被放入太空后，以柯伊伯带或奥尔特星云中的太空尘埃和彗星为原料，大量复制自己，数量成几何级数增长，最终在太阳系周围形成一圈类似于柯伊伯带或奥尔特星云的智能屏障。……这一解读被称为“鱼群设想”，是所有解读结果中较受重视的一个……但进一步研究发现，“鱼群”要想通过自身复制在太阳系外围形成屏障，需要上万年的时间，同时，从智能机器的功能看，无论是它的防御效果还是借助其发布安全声明的可能性，都只是水中月镜中花……“鱼群设想”最终还是被恋恋不舍地放弃了。
《三体》中的航天技术多集中于宏观（星舰、太空电梯、辐射帆）与中观（水滴飞行器）层面，与我们日常经验相去不远，便于理解和想象。仅靠“天女散花”就打胜的太空战争想想就无趣。
除了纳米技术，生物工程也是不会受智子封锁的技术。人类理应通过生物工程改造机体，减少耗氧量、缩小体积（降低食物消耗）、提高机体强度（以耐受高加速度），使之更适合星际飞行的需要。太空设备也不必都用金属和塑料制造，能够自我修复的有机“活”材料在太空战场上会有更高的生存率。甚至，太空战舰的体积也应缩小，万吨级星舰仿佛把鸡蛋放在一个篮子里，一旦被击毁损失太大。如果核聚变发动机和生态循环系统可以小型化，完全可以多造小型星舰，以多敌少、以小击大地抗衡三体舰队，就像英国舰队对抗西班牙无敌舰队一样。遗憾的是当人类有能力造出小型星舰时，三体星已遭遇黑暗森林打击了。一切都太晚了。
技术壁垒
《三体》系列的另一个名字是“地球往事”，可以看做是地球人劫后余生的回忆录。以地球人的视角写太空，受认知所限，存在地球人无法超越的技术壁垒。靠这种方式，大刘小心翼翼地保持自己“硬科幻作家”的身份，尽量不越出主流科学的雷池。比如空间曲率驱动不超越光速（这与科幻中流行的超光速曲速引擎不同）、没有真正出现反重力等。
在“万有引力”号与“蓝色空间”号的星际追逐中，二者与地球渐行渐远，直至失去实时通信（《三体III》p115）。不要小看这个实时通信，三体人使用量子纠缠技术通过智子可以实时监控人类言行，而脱离母星的两艘人类飞船在精神上切断了与人类文明的联系，被迫成为非人的第一代宇宙人类。
量子纠缠技术
在《三体II》的结尾处，地球上出现了反重力的引力波天线（《三体II》p468）。根据阿西莫夫在短篇科幻小说《台球》中的推断，如果某个方向的引力可以被屏蔽，物体将收到其余方向宇宙内所有物质的吸引，瞬间达到光速。也就是说，如果真能实现反重力技术，那么人类就掌握了一种光速飞船的推进方式，或者一种光速打击的武器。看来人类与三体人的技术差距大大缩短了。
大刘及时注意到这一点，在《三体III》中，反重力的引力波天线被进一步描述为“磁悬浮圆柱体”（《三体III》p144）。当程心在冬眠苏醒后听到属于古代技术的直升机轰鸣声时，大刘解释道：“此时人类虽已掌握了反重力，但因能耗巨大而无法投入实用，所以大气层内的飞行器大部分仍是传统旋翼式的。（《三体III》p172）”看来，人类还是没能真正掌握不属于他们的高技术。
但百密一疏，书中还是出现了作者也无法解释的神技——太空气闸。
程心打了个哆嗦，并非仅仅因为冷，而是她突然意识到自己竟完全暴露在太空中！但周围的空气和大气压是实实在在的，还能感到阵阵寒风。看来，程心曾看到的在非封闭的太空环境中保持大气压的技术进一步发展，已经能够在全开放的太空生成大气层了！（《三体III》p355）
这种气闸是《星际迷航》、《星球大战》等太空科幻片的标准配置。如果没有这种气闸，小飞船在太空母舰上的降落将是类似对接的“停靠”而不是“入港”。小飞船上的人员也必须通过密封通道进入母舰。这样太空入港的精彩场面将大打折扣。但怎样在真空的一侧保持空气层而不逸散呢？科幻片的编剧懒得解释，《三体》的读者也可以自行推敲。
大刘的美学偏好反映在书中：飞船的冬眠室内采用不锈钢和铝合金（《三体III》p347），太空电梯终端大厅也由不锈钢和铝合金构成（《三体III》p236）……这些太空设施散发着二十世纪工业文明的冰冷味道，却与锱铢必较的太空标准格格不入。其实太空城和飞船的材料完全可以使用塑料，这可以用从木星或土卫六上获取的有机原料制取。如果用从镍铁小行星上开采的沉重金属，运输及提炼成本会大大增加。
三体余思：向太空攀登
大刘笔下的未来技术带给我们强烈的震撼。它们看起来如此真实可信，仿佛有足够的资源和意志，马上就可以成真。这就是大刘所说的“近未来技术改进型科幻”的魅力所在。在《三体》的平行宇宙里，人类迫于来自外星入侵者的压力，加速发展太空技术，坚定地向太空攀登。
但现实中，有人泼了冷水。他们说，受到资源的限制，人类很能被永远囚禁在太阳系中。2008年8月，美国一些科学家在一次学术会议上宣称，即便是采用当今理论上最为先进的火箭推进技术，人类在其生命周期内也不可能登陆太阳系外的任何星体。美国伦斯勒理工学院助理教授布里斯-卡塞蒂分析，要用火箭向半人马座α星发送一个探测器，至少要耗费地球上已产出的全部能量。这是一个非常惊人的巨大数字。更有甚者，这种想法如果真要付诸实施，那么实际的能量消耗可能会比预估的还要高出100倍。“人类不可能真的会去榨取地球所有的资源去实现遥远的星际旅行。”
半人马座α星
好在对科技发展持乐观态度的阿瑟-克拉克从历史中总结规律，提出了“克拉克三定律”。定律一是这样说的：“如果某位德高望重的科学家说某件事是可能的，那他可能是正确的；如果他说某件事是不可能的，那他也许是非常错误的。”回溯历史，“不可能造出比空气重的飞行器”，“人类永远无法登上月球”，“只要五十台计算机就可以满足人类全部计算需求”……这些看似权威的论断最后都被证伪了。也许关于太空旅行的悲观论调也将被未来证明是错误的。就像克拉克在其定律二中说到的：“要发现某件事情是否可能的界限，唯一的途径是跨越这个界限，从不可能进入可能中去。”
最近大刘在《一个和十万个地球》一文中写道：“人类正处在第二次大航海时代的前夜。我们现在甚至比哥伦布要有利得多，因为哥伦布看不见他要找的新大陆……而我们要探测的新世界抬头就能看到，但是现在没有人来出这笔钱。”
谁能为探索许多天文单位以外的星体出一笔天文数字的钱呢？富裕国家吗？如果没有第一次世界大战，飞机仍将是冒险者的玩具；没有第二次世界大战的压力，V2火箭不会那么快出现；没有冷战的紧张局势，阿波罗登月计划不会在十年内成真。在太空带来的回报尚未明了之时，现在的大国仍缺乏大规模进入太空的动力。也许希望在于私营企业，它们已经把无人飞船送上国际空间站，下一步就是送游客上太空。
H.G.威尔斯说得好，“选择整个宇宙——或一无所有”。人类走出了非洲、跨越海洋和山脉，足迹遍及各大陆。
星空曾指引无畏的水手航向新大陆，
我们体内的重元素来自爆发的超新星，
我们敢于回归星空吗？
哪怕它看起来黑暗遍布、危机重重？
如果我们不做出抉择，不知何处飞来的小天体将把我们送往恐龙的归途；
如果我们做出选择，地球往事将继续在星际传诵。
H·G威尔斯
宇宙的未来 现在 过去
四十二史