《星球大战》里的光剑和死星能成为现实吗?

白孟宸

2016-01-11 12:12 来源:澎湃新闻

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如果要评出人类历史上最优秀的科幻电影,《星球大战》系列必定能够榜上有名。
从1977年《星球大战:新希望》上映以来,几代影迷被这一系列宏大而充满想象力的故事吸引,走入“很久以前,那遥远的银河系”,据不完全统计,星战系列在全球拥有超过一亿的影迷。迄今为止,星战电影已经有七部问世,战争和动作元素,始终是其最大的卖点。在令人眼花缭乱的视觉特效以外,影片中出现的武器装备,越来越多地影响现实中的武器装备的研发,从大银幕走向了真实的战场。
阿纳金·天行者(左)与欧比旺(中)的蓝色光剑,以及梅斯·温杜大师的紫色光剑
光剑莫名其妙
说起《星球大战》系列电影中的炫目的单兵武器,应该要数绝地和西斯武士手中上下翻飞的光剑了。这种平时可收起携带,作战时便可以放出色彩斑斓剑刃的武器,几乎是每一位“星战迷”梦寐以求的武器。不过,如果从技术角度考虑,“光剑”这个名称本身就显得名不副实,几十年过去了,有关“光剑”的原理,始终让不少“星战迷”感到一头雾水。
杜库伯爵的弯柄光剑
外形上来看,“光剑”的剑刃是一道长度和直径均恒定的光束,但这明显不符合光束的特性。星战官方解释,颜色千奇百怪的剑刃实际是由等离子体构成的,依靠强大的磁场维系形状。本来,等离子态下的物质近似于气体的出色扩散能力,同时又具有极为良好的导电性、导热性。等离子体划过空气时候,产生了电离作用,这就是“星战迷”津津乐道的“嗡嗡”声的成因。由于磁场的约束,能量强大的等离子体仅仅在切割物体时才会产生极小的能量。除此之外,仅有的能量损失就是有限的光辐射。
达斯·摩尔(右)的双头光剑
当然,现实中科学家仍然没有能力制造出光剑,这主要是因为人工磁场技术的限制。等离子体的特性倒是引起了各国军事技术人员的广泛关注。应该说光剑的破坏原理,实际上与已经得到广泛运用的等离子切割十分接近。在进行等离子切割时,高温等离子体携带高压电流,迅速将被切割工件表面金属气化,这一特性使得它特别适用用于破坏敌方装甲目标。但另一方面,等离子体的强扩散特性,又限制了它的军事应用。所以在现实中,等离子体主要被用于隐身和电化学火炮等领域。
《原力觉醒》中凯洛·伦自制的十字光剑
单兵武备各有千秋
1977年《星球大战:新希望》上映开始,观众就开始迷上片中外形各异的光枪。当然,很多人在对DL-44、E-11等型如数家珍的同时,也会提出疑问,为何光枪发出的“激光束”飞行速度如此之慢?
实际上,星战系列电影中的“光枪”的正式名称是“爆能枪”。这种武器发射的“弹丸”并不是激光,而是高能等离子束和粒子束。根据设定,每一次扣动扳机,一股高压气体便会冲入枪膛释放到转换枪膛中,然后吸收能力形成电子激发态(电子被激发到较高能级但尚未电离的状态)。然后处于激发态的气体又被压缩和校准,最后出膛形成脉冲能量束。
DL-44爆能手枪
爆能枪的原理,相较于“光剑”,似乎更为科学一些。但是,与真正意义上的定向能武器,例如粒子武器和激光武器相比,爆能枪的精确度较低。
这一方面是由于气体产生的后坐力,另一方面是气体激发态后很容易受到外界的影响,会使得脉冲能量束在飞行中会出现偏移。
不过,在星战系列电影中,爆能枪的原理却大行其道,不光是单兵手中的枪支,连各种口径不同大小的激光炮,实际上都采用了与爆能枪大同小异的设计。造成这种情况的原因,主要是因为爆能枪能够产生威力比一般激光炮强数倍的高能量束。这也不难理解,为什么小到索罗手中的DL-44,大到星际战舰上的涡轮加速线圈炮,都会采用这样设计。
此外,随着创作的深入,逐渐出现了将爆能发射所需的气体和能量整合在单一弹壳中的设计,这一设计在《星战前传3:西斯复仇》中,大口径爆能炮被设计成后膛舷炮的样式,每次发射后还能自动退出弹壳。
E-11爆能步枪
在现实中,各国技术人员基本研制重点放在定向能武器上。从去年开始,美国海军已经在“庞塞”号两栖攻击舰上对LAWS固态激光器机型测试。包括中国在内的各国也纷纷推出非致命性单兵激光枪。但是粒子束武器的发展却较为缓慢。应该说,限制定向能武器发展的主要因素在于功率不足以及供能问题,这些问题在未来十年到二十年之中,必然会得到解决。
星战系列电影中让人印象深刻的单兵武器装备,还用很多。例如赏金猎人费特父子钟爱的单兵火箭背包,已经逐渐走入现实。2014年美国亚利桑那州立大学实验室设计了一款单兵火箭背包 4MM。所谓 4MM,就是“四分钟一英里”的意思。根据设计人员测试,装备火箭背包、负重20千克的士兵在理想条件下能在四分钟跑完一英里(1.609千米)。
赏金猎人博巴·费特背后的火箭背包
机器人步履蹒跚
除了让人眼花缭乱的单兵武器装备外,星战系列电影中机器人步兵、大型作战车辆乃至星级战舰的设计,同样在影响着现实中的军用机器人设计人员。例如绰号“步行者”的AT-AT全地形装甲运输车,就引领了军用多足机器人的发展。
AT-AT全地形装甲运输车
在电影中AT-AT是一款高度超过15米的庞然大物。这款全地形四足机器人是贸易联盟和银河帝国最重要的装甲运输车辆。它能够携带40名全副武装的帝国克隆人士兵以及多部军用摩托在各种地形环境中进行。正是因为有了灵活而平稳的四足,AT-AT才能真正做到“全地形”。
事实上,现实中大部分机器人采用了履带或轮式行走系统,履带/轮式系统的优点是结构成熟,技术门槛较低,同时行驶速度较快。但是这些系统的通过性有限,在复杂崎岖地形中寸步难行。相比之下,多足机器人的设计和实现难度较大,却是包括美国在内的各国设计人员近年来重点攻关的方向。
AT-ST全地形侦察步行机
美军的“大狗”四足机器人,依靠灵活的四足,能携带重达181千克的物资,以每小时12千米的速度行走在高低不平的山区。尽管行走时的动作显得略显笨拙,也不太雅观,但在战场上作为机械骡马使用是非常有效的。而另一款“野猫”机器人体型更轻巧、动作更迅捷,已经能够在不太崎岖的地形上做到连蹦带跳。
而美军的 “Petman”的双足机器人,它的外形有点像科幻电影中的“终结者”。虽然还没有为它安装头颅,但它的体形已经堪称魁梧———身高1.83米,体重83 公斤,裸露的复杂金属骨架看起来有一点狰狞。依靠全身的30个液压装置,它可以灵活控制自己的四肢和体态。它的双脚用高强度碳纤维材料制作,能以每小时8千米的 速度行走。
估计在不久的将来,Petman机器人必定能够发展到在星球大战前装三部曲中大放异彩的机器人步兵的水平,到那时,也许在战场上唱主角的就不再是有血有人的士兵了。
美军的“大狗”的四足机器人
护盾固若金汤
除了各种各样的机器军队外,《星球大战》电影出现的一些与机器人作战有关的技术,也正在逐渐走向真实战场。在《星战前传1:魅影危机》中,纳布星的刚根人凭借偏转护盾,与具备装备优势的贸易联盟机器人军团展开混战。
实际上,这仅仅是星战系列电影中各类护盾多次发威的其中一次而已。据统计,现有的星战六部曲中,每一部的台词都提到了“护盾”,《星战前传:克隆人的进攻》是唯一一部没有让护盾露脸的星战电影。
纳布星的刚根人展开了偏转护盾。
根据编导设定,偏导护盾包括能量和粒子两类。能量护盾、或者称为称射线护盾用于防御能量束的攻击,粒子护盾用于抵御其他攻击。偏导护盾的存在,为星战系列电影原本贫乏的战略战术体系增加了无限的可能。在《新希望》和《帝国反击战》中,偏转护盾都成为正邪双方战术想定的核心。
当然,就像星战系列中设想的其他一些武器一样,电影中出现的众多偏导护盾,其中某些并不符合现有的物理学定律。例如前面提到的刚根人护盾,既可以抵挡敌方的定向能武器袭击,又允许低速目标通过。
那么,在现实中,武器设计人员是否能够制造出偏导护盾呢?答案是肯定的。2014年,英国莱斯特大学物理系的三位学生,经过研究后提出一个假设:如果将高能等离子体用强大的磁场束缚在宇宙飞船四周,就能够拦截各种电磁波,这之中自然也包括激光的通过。研究人员认为,其实地球电离层外就有一层温度高达750摄氏度的等离子体,它们是地球抵御太空垃圾碎片和辐射侵袭的天然护盾。
当然,技术人员也提出了一个难题,那就是等离子护盾在反射激光的同时,同样会将可见光挡在护盾以外,因此护盾以内的人员,会失去与外界的视觉接触。即便如此,各国的军事技术人员仍然执着地研究等离子护盾技术。
去年年中,美国波音公司就公布一款“利用弧形电磁力场来有效衰减攻击产生的冲击波的等离子护盾设计”,考虑到等离子体不稳定易于扩散的特性,波音选择设计一种转瞬即逝的护盾。当护盾系统的传感器检测到附近有爆炸发生时,便会立刻在冲击波和防护目标之间制造一个等离子体屏障,凭借等离子体的特性吸收爆炸产生的冲击波。
这一技术现在还处于实验室实现阶段。波音公司表示暂时无法制造出能够抵消大口径爆弹爆炸等大威力爆炸的等粒子护盾。即便如此,考虑到以激光武器为代表的定向能武器的发展势头,近年来,各国军方都加大了在偏转护盾方面的投入。前年年初,香港媒体通过采访中科院力学研究所的有关研究人员,推测中国正在研究针对激光武器的力场护盾系统。
2号死星的偏导护盾
“死星”有点不靠谱
所谓道高一尺魔高一丈,在星球大战系列电影中,护盾虽然能够抵挡敌方涡轮激光炮等大口径火炮的袭击,但如果碰上死星主炮之后,只能与被保护目标一起灰飞烟灭。所谓“死星”,正式的名称是DS-1战斗空间站,是星战系列电影中威力最大的空间作战武器。
在编导设定中,这座超级空间站的直径达140千米,表面散布着数千个武装炮台:总共有1,000门涡轮激光炮、2,500门激光炮、2,500门离子炮和468个牵引波束发射器。死星上有265,675个工作人员、52,276个炮手、607,360个步兵、25,984个帝国冲锋队队员、42,782个战舰补给人员和167,216飞行员及补给人员。死星上还载着7200艘星际战斗机、四艘防卫巡洋舰、3,600艘进攻穿梭机、1,400辆AT-AT、1,400辆AT-ST、1860艘投送舰等等。
1号死星的主炮攻击
这样一个庞然大物同时兼具可怕的破坏力和星际机动的能力。死星的主炮实际上是八座威力巨大的激光发射器,八座一起以最大功率发射时,能够达到恒星核心级别的温度,一举将行星大小的目标击毁。
超级激光炮需要大量的能量,因此死星的大部分空间都被用于容纳聚变反应堆,这使得死星在表面护盾被摧毁后显得十分脆弱。而数百个超大型等离子推进器则赋予了死星不可思议的机动能力。
应该说,死星这样的空间站,是在宇宙维系恐怖统治的最好工具。但反过来说,其庞大的规模和天文数字般的投入,所产生的效费比相当有限,反而容易成为敌方摧毁的目标。
正在建造中的2号死星
也许是因为死星的魅力太大,不断有人试图将这种效费比有限的武器从银幕走入现实。2012年,25000名美国人联名要求美国国会开始建造死星。但有人算了一笔账,以现在全球的生产力,大约需要投入852000万亿美元才能建造一颗140千米直径的太空站。
2015年,NASA喷气推进实验室的首席工程师穆里希德再次提出了一个现实版死星制造方案——改造一颗合适尺寸的小行星。穆里希德 认为,如果能够有效利用小行星现有的金属、有机化合物和水,那么死星建造的成本将大大降低。同时,作为发动机专家,穆里希德认为星球大战中司空见惯的等离子推进器,必然会成为未来宇宙飞船和导弹武器的普遍配置。
除了不靠谱的死星之外,星战系列电影中出现的很多航天技术,却被证明是有相当现实意义的。例如从X战机到巡航舰都要用到的牵引光线系统。过去,一般认为牵引光线完全是星战系列杜撰出来的技术,但从2010年开始,多家研究单位成功将牵引光束引入了分子生物学领域,澳大利亚国立大学以霍斯特·普滋曼为首的团队,制造出了能够在水上推动漂浮物体朝光波反方向移动的特殊光波。
随着科技的进步,牵引光波和等离子推进器等技术将真正为人类开启星际战争时代。到那个时候,谁又能保证星球大战系列中的X战机和钛战机不会从银幕中飞向那遥远的银河系呢?
原文刊登于《兵器》2016年第2期,经作者授权转载。原文标题为:银河系并不遥远——《星球大战》系列电影中的军事科技。略有删节。
文艺
我是星战中文网站长南方战士,关于《星球大战》的问题,问我吧!
南方战士 2016-01-09 93 已关闭提问
责任编辑:陈诗怀澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 星球大战

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