第1章 科学

钱博士的黑科技

文/赵洋

黑科技非一日之功

五十年前即1966年的10月27日，我国中近程导弹运载原子弹的“两弹结合”飞行试验成功。第二天的《纽约时报》这样报道这一事件：“一位在美国接受了十五年教育、培养、鼓励并成为科学名流的人，负责了这项试验，这是对冷战历史的嘲弄。”

当然，在20世纪60年代的世界，导弹核武器已经不算黑科技了。但钱学森的惊人之处在于，他不但负责了中国首次“两弹结合”飞行试验，更早在二十多年前就关注着一系列在今天看来依然很高深的尖端科技。其中有火箭飞机、核动力飞机、核动力火箭等等。

钱学森的导师，力学大师冯·卡门以为“火箭”一词最初是出现在科幻小说中的，担心给人不严肃的感觉，所以建议把这个研究火箭的实验室名字改为“喷气推进实验室”，简称“JPL”。钱学森担任喷气推进实验室喷气研究组组长。冯·卡门没有料到的是，不但后来的科幻作品不断地援引JPL的研究成果，连漫画英雄也要借助喷气推进实现飞天。

从20世纪30年代到60年代，钱学森在航空航天领域提出了若干重要的概念：

1938年，钱学森与冯·卡门合作进行的可压缩流动边界层研究，给出了发生这种逆变的马赫数计算公式。他们当时在考虑此问题时，还只有理论上的兴趣，后来证明，这显然是一个实际问题，垂直起飞火箭就与它有关。

在40年代，他提出并实现了火箭助推起飞装置，使飞机跑道距离缩短。钢铁侠的外骨骼装具能够飞行，全靠上述理论和类似装置。

1949年，他提出了火箭客机概念和关于核火箭的设想。

在1953年，他研究了行星际飞行理论的可能性。

他在1962年出版的《星际航行概论》中，提出了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具，用一架装有火箭发动机的飞机作为第二级运载工具的天地往返运输系统概念。这个概念正在被维珍银河公司的“太空船2号”实现。

从航天飞机到空天飞机

1949年12月，钱学森在纽约召开的美国火箭学会会议上，提出实现洲际高速客机的蓝图。他说，将来可以设计出一种“火箭客机”，形状像一只削尖的铅笔，长约80英尺，直径约9英尺，自纽约垂直起飞后，用不到1小时就可以抵达洛杉矶。这种火箭客机就是航天飞机的雏形。钱学森设想：“在30年内，人类将可以登上月球，而这趟月球之旅，可以在一星期内完成”。

对于航天飞机和空天飞机，钱学森其实更看好后者。他在1986年就做出预见：“看来到21世纪，美国航天飞机是要被淘汰的，代之而起的是水平起飞、水平降落，喷气式发动机和火箭发动机并用的‘空天飞机’。我建议我们跳过航天飞机，直接研制空天飞机。”

当时苏联没有这样的远见卓识，投入大量人力物力研制了“暴风雪号”航天飞机。它现在只能进博物馆。美国的航天飞机也在2011年全部退役。

将客机的水平起降能力与航天飞机的轨道飞行功能集于一身的念头在很久以前就出现了。只是由于技术难度太高，这种被称为“空天飞机”的飞行器一直未能投入使用。

在英国，空天飞机的研制工作已经以各种名目存在了30年。目前的“云霄塔”太空飞机方案是最新的一种，预计可以在29千米高空巡航，速度达到5倍音速、可进入近地轨道。拟用于“云霄塔”空天飞机上的“佩刀”吸气式火箭发动机同时采用了喷气式涡轮发动机和火箭技术。飞机起飞时不用火箭助推器，而是像普通飞机一样从跑道上水平起飞，发动机吸入空气，将之与氢混合燃烧。在高空逐渐加速，以高超音速在大气层上层飞行。进入太空前，因为氧气稀薄，喷气式发动机切换为火箭发动机模式，以自带的液氧和液氢助推进入太空，成为航天器。空天飞机降落时则可以像普通飞机一样在飞机场降落，飞机的所有部分均可重复使用。

如果“云霄塔”太空飞机能够投入使用，它将成为第一种使乘客“坐着”上太空的飞行器。此前的载人飞船和航天飞机都要求宇航员躺在里面垂直发射，巨大的加速过载不是未经训练的人可以承受的。为提供舒适的乘坐空间及合适的运载能力，“云霄塔”长达90米、翼展25.4米，起飞质量345吨，比航天飞机大许多。30位乘客的运载力也是载人区区7名的航天飞机望尘莫及的。据估算该空天飞机每次飞行费用为945万美元，可发射人造卫星。在客运状态下折合每位乘客30万美元。这个价格看似昂贵，但远低于目前运载火箭每次发射费用的5000万美元，航天飞机每次发射费用的5亿美元。届时热爱太空游的富豪们要算一笔账，是只花区区30万美元舒舒服服地进入近地轨道，还是花3000万美元乘颠簸的俄罗斯“联盟”号飞船到国际空间站上过一周。

“不要回答”与红岸基地

像钱博士这样的学院派，是不屑于别人把上述内容叫什么“黑科技”的。他更倾向于“尖端技术”这个称谓，还专门发明了对应的英文单词“Hypertechnology”。他认为，国家要投入相当的人力物力去搞尖端技术，即便现在还不大清楚将来会出什么样的结果，但又不能等我们看清楚了再搞，“因为它不定什么时候出一个突破，那时候你要再赶的话就太晚了。”这与《三体》中“技术爆炸”的概念十分相似。不过，这番话是钱在1977年在中央党校讲课时说的，时间上很可能早于叶文洁悟出技术爆炸。

说起叶文洁，她无视1379号监听员“不要回答”的警告，贸然向外星人发出信号，导致了一系列悲剧。其实，这个问题钱学森在1935年就考虑到了。当时天文观测发现火星上突然出现一个大十字形，人们猜测可能是火星上的生物故意做出来引起地球人注意的。对此事件，钱学森写道：“但我们人类的能力比较起来，实在可怜得很，我们只有装傻，我们现在是无法和火星通信的。”恐怕不仅仅是无能力为之，更是不敢为之。费米悖论和黑暗森林这些事，钱学森在留美之前就琢磨透了。

钱学森在公开出版物上还讨论过更为“科幻”的事——远程星际航行的可能性。比如，在1959年发表的一篇文章里，他写道：“一旦到了那颗恒星上去，我们就可以真的看一看宇宙的奇观：半人马座阿尔法星实际上是紧紧靠近的三颗恒星，其中一颗比我们的太阳还要大些，其他两颗是光度较小的黄色以及发红的星。在天空中有三个不同颜色的太阳，岂非奇观。”

我们自然不能说《三体》里对三体星的天象描述效仿了这个思路，不过“红岸基地”倒是很可能来自钱学森与老人家的一次对话。

1964年2月6日下午，老人家约见李四光、竺可桢和钱学森，讨论科技问题——

老人家：“总要搞防御。搞山洞，钻进地下去就不怕它了。”

钱：“我们正在遵照主席的指示，先组织一个小型的科学技术人员小组，准备研究一下防弹道式导弹的方法、技术途径。”

老人家：“有矛必有盾。搞少数人，专门研究这个问题。五年不行，十年；十年不行，十五年。总要搞出来。”

于是中国开始进行反导技术研究。光炮、粒子束武器、反卫星卫星、远程预警雷达的蓝图纷纷出现。对光炮的研究催生了《珊瑚岛上的死光》这部科幻小说和同名科幻电影。其中一座已经废弃的远程预警雷达更是在互联网上被《三体》爱好者奉为“红岸基地”的原型。

其他科技预见

后人将钱学森称为“战略科学家”，是因为他具有指引学科发展的战略眼光——

人工智能

钱学森很早就关注人工智能的问题。1956年，他在做火箭导弹专题报告时，讲到导弹的控制系统，他专门提到人工智能问题，“像这样的系统，它本来是没有智慧的，可是如果把他安排好了，就可以产生出智慧来，它也能够学习”。——这可是在“阿尔法狗”通过自学习战胜李世石60年前做出的预测。

纳米技术与生命工程

把人脑的一部分功能搬到体外，用设备、装置代替，不但代替而且增强和改进其功能。21世纪的发展必将大大扩展这方面的功能——人脑变成人脑和机器、信息系统的联合体。由于纳米技术的发展，生物分子组成的局部功能将来可以用人造的微型设备代替，把它植入大脑局部失效的地方，以恢复原来的功能。

生物分子、生物细胞以至生物是怎么形成的？掌握了此中道理，我看就有可能构造不是氢、氮、碳、氧原子组合的、有特殊功能的“新生物”。这不是纳米科学技术的研究任务吗？

这两段文字分别出自钱学森1990年和1996年的信件——脑机结合、纳米人体组织、人造生命——目前科学家仍在朝这些方向努力。

可回收火箭

甚至现实版“钢铁侠”Elon Musk也不能摆脱钱学森的技术预见。钱学森在1961年一篇文章中指出提升火箭经济型的方法之一是：设法回收第一级火箭的空体，修补后再用第二次。这正是今日SpaceX公司不断尝试可回收火箭试验的原因所在。

飞碟与UFO

严肃的科学家不会因为某种事物没有定论而不敢讨论它。很多科学家把飞碟与UFO现象的话题当作怪力乱神敬而远之，但钱学森却用科学方法对其进行分析。

1961年，钱学森指出，飞碟是靠上升气流来飞行的，与滑翔机一样，飞碟不能飞入高空。国外也有人造过飞碟式的飞行器，但都因效率不如滑翔机而未成功。“有人说什么飞碟是太空武器，那真是胡说乱道。”

1984年他给《飞碟探索》杂志编辑部的信中引用《新科学家》杂志的观点，“（UFO）很可能不是来自天外，而是来自地下，是地层断裂引起的。这就可以进一步收集资料、进行分析，甚至搞实验室测试。真正搞UFO的科学研究。如果这方面有结果，那么UFO的科学研究将会对一个非常重要的课题——地震预报，做出贡献。那就是大事情了。”

有趣的是，刘慈欣的《球状闪电》中也提到，“在多次大地震前，人们都看到球状闪电从地上的裂缝中飞出！”

宇宙学

伟大的科学家最后总要思考终极问题，钱学森也不例外，关于宇宙，他是这样看的：

有无数个性质不相同的“小宇宙”不断相互作用和演化，有生有灭。我们所在的这个“小宇宙”虽可能有百亿光年之大，也只是其中一个而已。

这与霍金后来在1994年提到的“膜”上宇宙的概念不谋而合。

地外生命和星际航行

钱学森对地外生命的存在和恒星际飞行都抱有乐观的看法。

他曾写道，“在其他行星上能不能有与地球上的生命不同的生命？能不能不以碳、氢、氧、氮等原子的组合为基础，以其他原子组合为基础？这种不同的生命也许能生存于完全不同于地球上的环境：耐高温或耐低温，有很短的寿命或有极长的寿命。”

1964年，法国著名物理学家、时任欧洲空间研究组织负责人的皮埃尔·俄歇发表了一篇名为《科学的极限》的文章，对1984年的科技发展远景进行展望，其中认为人类的太空旅行存在极限。科技发展远景、太空旅行——这正好是钱学森用功最深的两个领域。

1965年，钱学森发文驳斥了俄歇说人类有旅行的极限，“不可能访问任何其他行星系”的说法。钱学森认为，“这是把目前科学技术上还做不到的事，当作是人类永远也做不到的事；也就是他不承认科学还一定会进一步发展。”

钱学森进一步论证：“如果限制于利用现有的化学燃料和可以想象得到的裂变及聚变核燃料，要加速到0.8倍光速，以便用几年的时间到邻近太阳的其他恒星上去旅行，需要的质量比最小也要35亿！如果火箭燃料的能量大大提高，使有效喷气速度上升到0.5倍光速，那么上述的起飞质量将不是1.50×1038吨而是将近七千吨；这虽然也是个大的飞行器，但可以在技术上实现。这就需要在物质结构的认识上来一个飞跃，从原子核到基本粒子，从基本粒子到次基本粒子的阶层。物理学的研究正在向物质的次基本粒子阶层进军，我们正处在揭露这一物质结构新阶层的前夜。所以俄歇的悲观论调是没有依据的。”

从上面的论证可以看出，钱学森不但对恒星际飞行的前景极其乐观，而且是与章北海一样支持无工质火箭的，甚至还洞察到了“蚁人”这样的微观层次。所以，笔者对于《三体》中智子只找汪淼的麻烦是有些费解的。

可以说，钱学森将中国人在美国失去的尊严，从太空里讨了回来。阿瑟·克拉克对钱学森极为敬佩，在《2001：太空漫游》中，中国只在侧面出现了——在讨论月球上发现隐秘存在的时候，美国主人公提到这是不是中国人在搞鬼。把超自然的神秘现象归因于中国人，可见他把中国人抬到多高的地位。克拉克在后续的科幻小说《2010》中更是让中国的“钱学森”号成为第一艘登陆木卫二欧罗巴的人类飞船（登陆点名为“钱氏村”）以示敬意。并借主人公弗洛伊德之口说：“我们只能等着看中国人会做出什么。如果他们再一次智胜我们，我一点儿都不会吃惊。”其实，不是因为中国人是什么特殊物种才能智胜西方人，而是由于有像钱学森这样的具有深厚科技功底和深邃战略眼光的爱国科学家，才能使一个民族立于不败之地。

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