太阳炮
一种设想中的巨型轨道武器
太阳炮是一种设想中的轨道武器,其设计概念最初由德国火箭科学家赫尔曼·奥伯特提出。该武器设想在8200公里高的太空轨道上部署一面直径超过9平方公里的巨型反射镜,通过聚焦太阳光产生高温,以摧毁地面上的敌方战舰或城市。
1929年,奥伯特提出一个设想,将一面巨大的反射镜发射到太空,在夜间将太阳光反射到地球上。这样普通农作物就可以一天二十四小时都能享受到太阳光照,可以提高生长速度,提升粮食产量。二战爆发后,德国组织了一批专家,将奥伯特的想法加以改进,最终变成了太阳炮计划。但直至二战结束,这个计划也没有实现。
设想中的太阳炮类似一个巨型的空间站,通过不断的发射火箭在太空轨道组成一个巨大的凹面镜。然后在面积达9平方公里的反射镜背后,安置有多个微型的火箭发动机。工作人员调整发动机的推力,便能控制太阳炮缓慢转动对准目标。同时为了维护太阳炮的运行,科学家们还设计了太空发电机、太空鞋以及种植南瓜等。
尽管太阳炮这一设想在二战时的技术条件下难以实现,但太阳炮的概念及其衍生的轨道反射镜设想对武器的研制和科幻作品产生了很大的影响。
设计原理
反射太阳光作为武器,并不是什么全新设计。早在两千多年前,希腊就流传着先贤阿基米德利用反射镜聚焦太阳光、烧毁入侵的罗马舰队的传说。纳粹德国只是这一次把这个概念的威力放大到前所未有的数量级。根据德军的设想,只要把一面巨型凹面镜发射到太空,聚集起足够多的阳光,它就可以产生任何防御设施都无法抵挡的超高温度,焚毁地面上的敌军战舰,甚至摧毁敌方的城市。
研制历程
灵感起源
太阳炮的设想最初是用来给农作物提供24小时不间断的日照,以便增加产量。1929年,德国著名的火箭科学家赫尔曼·奥伯特在日常研究的过程中,意外开启了一个大胆的设想:将一面直径为100米的巨大反射镜发射到太空,它可以在夜间将太阳光反射到地球上。这样一来,普通农作物就等于一天二十四小时都能享受到太阳光照,生长速度就可以大大加速,迅速提升田地的粮食产量。另外,大型城市也可以得到充足的光照,从此节约下消耗在照明系统上的大量电力。
奥伯特设想了支撑太空镜的网络结构以及如何使用太空镜照亮和加热极地地区。所有组件加在一起的宽度将达到90英里(约合144公里)。宇航员的工作就像蜘蛛结网一样,利用缆绳作为地基,将六角形组件组装成一个网络,每个组件的宽度达到几公里。整个结构的旋转会让缆绳保持紧绷状态。每个组件含有一个可移动的圆形镜片,由钠箔制成。奥伯特认为需要10到15年时间完成太空镜的建造,耗资将达到30亿美元。阳光对镜面的压力驱使整个结构在轨道中移动,转向通过调节个体镜片的角度实现。
研发改制
随着第二次世界大战爆发,奥伯特和他的门生、德国火箭科学家沃纳·冯·布劳恩一同被招进了德军的火箭研发部门,为军队研制著名的V-2火箭。在这过程中,奥伯特向德国军队透露了这个轨道太阳反射镜的设想。在了解了具体工作原理之后,德国军队组织了一批专家,将奥伯特的想法加以改进。最终,原本设想用于和平用途的轨道太阳反射镜,成了德国军队的末日武器计划:太阳炮。
第二次世界大战的火箭科技仍处于萌芽阶段,纳粹德国耗费大量资源,也仅仅只开发出载弹量1吨的V-2弹道导弹,靠它来发射必须部署至高层太空轨道的太阳炮,无疑是不现实的。战争结束后,奥伯特和布劳恩一同被美军擒获。在审问中,奥伯特把太阳炮计划的细节向美国全盘托出。
具体设想
太阳炮是一款规模空前的巨型武器,也是有史以来人类设计的最庞大的人工物体。为了聚焦足够的太阳光,造成毁灭性的杀伤效果,这款武器设计运行在8200公里高的太空轨道上,反射镜面积超过9平方公里,重量以百万吨为级别。一旦完工,可以轻而易举地摧毁任何一个大城市。
建设结构
按照纳粹科学家的设想,建造空间站的工作始于发射一枚无人火箭。当这枚火箭进入8200公里高的轨道之后,它就会展开6条长长的金属缆绳,它们的直径大概只有0.5-1.5英寸,在火箭的旋转带动下自行延伸部署到位,作为太阳炮工程的起始骨架。接下来,后续发射的火箭将会把一副副太阳镜组件从地球运输到太空。这些太阳镜组件本质上是一个个空心的金属框架,由钠制成。在地球上,高纯度的金属钠会迅速被氧化,失去光泽。不过,在太空中就没有这个问题,金属钠的反射效果好、密度小,是德国人心目中非常理想的太阳镜原材料。沿着骨架,太阳镜组件逐一拼合,彼此间的安装角度稍有区别,最后能够拼成一个巨大的凹面镜,太阳炮便组装成功。在太阳炮完工之后,这个巨大的镜面上会留下一个直径30英尺宽的圆孔,作为接驳通道。从地球发射的货运火箭会严丝合缝地插在这个圆孔上,为太阳炮输送建材和补给。
运行控制
为了解决太阳炮的控制问题,在面积达9平方公里的反射镜背后,安置有多个微型的火箭发动机。工作人员调整发动机的推力,便能推动太阳炮缓慢转动。即便背对太阳,反射镜的另一面同样打磨得锃亮,以最大程度地所减少太阳光辐射。
日常维护
太阳炮实际上是一个巨型空间站,需要容纳大量人员进行日常的维护工作。为此,德国科学家们展开各种设计。首先,要解决的是太阳炮的能源问题。在这个面积9平方公里、上百万吨重的空间站里,任何设备的运转,都需要能源的推动。在20世纪40年代,太阳能电池的技术仍远未成熟,所以德国人选择了蒸汽轮机的原理——在太阳镜的外侧放置透明的全封闭水槽,利用太阳光加热水,产生高温高压的水蒸气,推动涡轮驱动发电机,冷却后的水重新输送到水槽中,由此产生源源不断的电能。其次,在8200公里高的轨道上,空间站内部是近乎失重状态。为了让工作人员能够相对自如地活动,科学家们设计了特殊的“太空鞋”,在鞋底安设有磁铁,可稳稳地吸附在金属地板上,营造与地面类似的环境。最后,在太空中生活,工作人员呼吸的氧气和食物则通过种植南瓜获得。德国科学家认为,南瓜能有效地消耗工作人员呼出的二氧化碳、提供充足的氧气,而且更重要的是,南瓜是营养丰富的健康食品。结果,空间站内部安置了数以千计的水耕农场,全部用来种植南瓜。这些南瓜不能直接受到太阳光暴晒,因为外太空缺乏空气,无法过滤掉若干对植物生长不利的宇宙射线。因而,空间站发电机输出的电能中,有一部分用于荧光灯,代替太阳光照射南瓜,帮助其进行光合作用。
限制因素
性价比
建造太阳炮所要耗费的资金非常巨大。根据奥伯特的最初设想,他的太阳炮需要耗资30亿美元——这在当时是一笔天文数字级别的巨款,就算是同时期美国开发核武器的“曼哈顿计划”,其总耗资也不过20亿美元。相比起能够瞬间摧毁一座大城市的原子弹,奥伯特的太阳炮耗费巨大,却连地面上的人员都难以杀死,性价比显然比较低。
工程难度
要在太空轨道上建造一座巨大的太阳炮,其工程量和装配难度是非常大的。尽管奥伯特曾经设想,这个百万吨级的太阳炮能够在15-20年时间内建造完成。但是截至2024年,人类在地球轨道上组装过的最大人造物体,也就只是全重为500吨的“国际空间站”——这还是包括美俄在内的数十个国家,在20年时间里通力合作的结果。而且,对比通过对接舱段建造的国际空间站,太阳炮的工程复杂程度还要难上好几倍。建造重量达到百万吨级的太阳炮,至少需要十几代人的努力,投入上百年的时间,才能够完成。
成品损耗
太阳炮的易损性也是人们必须考虑的一个问题。尽管在轨道上的太阳炮可以通过反射阳光,拦截来袭的反卫星导弹。但在战时,敌国很可能会使用大量导弹对这面轨道大镜发起饱和攻击,只要有一枚导弹突破拦截防线命中太阳炮,就可以摧毁大量的镜面,让这个耗资惊人的超级武器沦为废品。而且,即使是在和平时期,太阳炮也要面临一项重大威胁——在空间轨道上随处可见的太空垃圾。由于太阳炮体积极为巨大,使得它成了那些高速飞行的太空垃圾的绝佳目标。只要太空垃圾摧毁了其中一片反射镜,整个太阳炮系统的效果就会大打折扣。
后续发展
当二战结束之后,奥伯特致力于研究“不明飞行物”现象,坚信人类终将有一天能建成他所设想的太阳反射镜,并且投入到和平利用之中。1989年12月28日,奥伯特悄然去世。此时,他的梦想——在地球轨道上制造太阳反射镜的目标,依然没有实现。但是后来在前苏联/俄罗斯和美国,太阳炮的研制却取得了一定的进展。
苏联/俄罗斯
在20世纪80年代末期,著名的苏联航天科学家、苏联/国际空间站航天器对接机械装置的发明者弗拉基米尔·谢尔盖维奇·瑟罗米亚特尼科夫为了解决苏联极地地区在极夜的照明问题,而想到了太阳反射镜方案。他设计的太阳反射镜虽然没有纳粹德国的太阳炮那么疯狂,但足以为地面上方圆5公里的地区提供如同满月般的照明效果。按照特尼科夫的设想,这个设计完全可以确保夜间照明,使路灯和手电筒沦为摆设。在1992年10月27日,“进步M-15号”货运飞船搭载着特尼科夫设计的“旗帜2号”太阳反射镜顺利升空。为和平号空间站完成补给任务后,“进步M-15号”于1993年2月4日离开和平号空间站,然后在空间站附近的轨道上展开了20米宽的“旗帜2号”太阳反射镜,进行初步的理论实验。这一次实验相当成功,“旗帜2号”太阳反射镜成功照亮了一个5公里宽的区域,并且亮度几乎可以和满月相当。最终,这面太阳反射镜跟随“进步M-15号”坠入大气层,燃烧殆尽。特尼科夫大受鼓舞,再次设计了“旗帜2.5号”。根据他的预计,这面25米宽的改进型太阳反射镜,在启动的时候可以产生与5-10个满月相等的亮度,照亮一片直径为7公里的圆形区域。不幸的是,在发射升空后,“旗帜2.5号”太阳反射镜的部署过程发生事故。当时,一片镜片夹在了和平号空间站的通信天线中,坚固的通信天线迅速扯破了镜片,导致太阳镜失去控制。最终,这次尝试宣告失败,这面太阳反射镜连同“进步号”货船一起,在再入大气层的时候烧毁。特尼科夫所设想的太阳反射镜计划,则因为花销过高,而被财力不济的俄罗斯航天局撤销。直到2006年去世的时候,特尼科夫仍未筹集到足够的资金继续他的“旗帜”计划。
美国
1983年3月23日,美国总统罗纳德·里根通过电视讲话,对外宣布了美国的战略防御计划——也就是著名的“星球大战”计划。在这项雄心勃勃的计划中,美军也使用了一种轨道光反射镜。不过,这些光反射镜的光源不再是普通的阳光,而是自地面发射的高能激光。根据美军的设想,这种武器可以直接反射地面准分子激光发射器发射的高能激光束,击毁正处于上升阶段的敌军弹道导弹。一旦核战爆发,美国可以使用这项武器将来袭的苏联的弹道导弹迅速消灭,然后发起报复性核打击,完全不用担心核弹会落在自己的头上。由于激光束必须射穿大气层,然后通过中继卫星传递给攻击卫星再折射到目标上,使得处于地面的激光发射器必须非常强大,才能胜任这项工作。为了达到这一目标,美国人将大量资金投入到地面激光器研制工作中去。直至“星球大战”计划在1993年被克林顿总统裁减之时,用于提供光源的地面激光站依然没有研制出来。最终,轨道反射镜方案被美国军方抛弃,与项目相关的研制经验,则被应用到了美军的其他激光武器研究项目中。
相关影响
尽管太阳炮以及它的衍生产物,并没有在现实中取得成功,但它却成为各种动漫、游戏、电影中的热门武器。
动漫
在经典科幻动漫作品《机动战士0079》的故事中,吉翁军便拥有一门由殖民卫星改造而来的太阳能聚能炮。在后续的剧情发展中,这门太阳炮直接横扫了联邦军的舰队,摧毁了对方三分之一的主力舰艇。这导致地球联邦军不得不强行进攻,摧毁这门威胁巨大的太阳能聚能炮。不过,这个太阳能聚能炮是通过周边的太阳能板提供能量,这与奥伯特设想的太阳能炮工作原理有着本质的区别。
游戏
太阳炮的身影出现在了《生化危机》系列游戏中。在游戏《生化危机:启示录》的剧情背景中,一座坐落在地中海的海上城市特拉格里加,便是通过轨道上的太阳反射镜聚集阳光,以提供充足的太阳能用于照明。当“猎犬”组织在城市中发动生化恐怖袭击,让整座城市变成充满怪物的地狱时,联邦生化恐怖委员会的高层决定,将太阳反射镜转变为太阳炮,发射高能光束彻底摧毁这座城市。随着特拉格里加被高能光束彻底化为灰烬,游戏的铺垫故事——浮岛恐慌迎来了结束。
电影
最为还原奥伯特太阳炮设计的作品,则是皮尔斯·布鲁斯南主演的最后一部007电影《择日再死》。在这部电影里面,詹姆斯·邦德的敌人拥有了一座与奥伯特设想一模一样的太空轨道太阳炮。这座太阳炮在影片中摧毁了邦德驾驶的火箭车、巨大的冰雕建筑建筑、袭击太阳炮的导弹,乃至是反派所乘坐的运输机。也许是电影的导演想向轨道太阳反射镜的设想者奥伯特致敬,片中的反派在公布太阳炮存在的时候,刻意地宣扬这座轨道炮仅仅是用于“民用照明”。
参考资料
“太阳炮”设想的兴衰.今日头条.2024-12-01
目录
概述
设计原理
研制历程
灵感起源
研发改制
具体设想
建设结构
运行控制
日常维护
限制因素
性价比
工程难度
成品损耗
后续发展
苏联/俄罗斯
美国
相关影响
动漫
游戏
电影
参考资料