《星球大战》中的星舰可能成真吗？

馒头老妖，南京大学化学博士、西华大学生物工程学院讲师。《视觉之旅：化学世界的分子奥秘（彩色典藏版）》《地球简史》等图书译者、吴大猷科学普及著作奖获得者（译著类），撰写过大量科普文章，热衷于写侦探小说。

对于科幻迷来说，电影《星球大战》和《星际迷航》系列中宏伟的星舰群一直是他们对航天科技发展的期待。最近，我国国家自然科学基金委发不了一份研制一千米长的巨型宇宙飞船的研究大纲，这似乎是科幻迷们即将“美梦成真”的印证。如果巨型宇宙飞船被建成，能有更多的航天员和科研设备在太空中工作，这自然是一件好事。但是，今年年初发射的“天和”核心舱全长才16.6米，以目前的科技水平而言，我们真的能造出一千米长的宇宙飞船吗？

千米飞船，难送上青天

一千米长的宇宙飞船确实令人向往，但是巨型宇宙飞船并不是那么好建成的，需要解决很多问题。第一个问题就是如何运输这样的巨型宇宙飞船进入太空。

当然，我们可以用“搭积木”的方式，通过常规的运载火箭，把巨型宇宙飞船的零件分批次送入太空，再在太空中进行组装。但是，多次运输所需要的火箭发射成本是非常高的。哪怕是马斯克极力鼓吹的“猎鹰”火箭（该火箭可以回收并重复使用一部分箭体），每次发射成本也要数千万美元。一千米长的巨型宇宙飞船想要在太空中组装，几十次的分批运输成本就足以让人望而却步了。

更大的问题，是如何把这些舱段精确地组装成我们所需要的形态。的确，我国航天工业，已经掌握了航天器的精确对接技术，能组合成空间站。然而，这种组合体能够实现的形式，非常有限，几乎不可能组成复杂的形状。

具体来说，目前的舱段连接，都是采用预设接口机械啮合的形式。这种连接，相对于火箭制造中常用的焊接、铆接等形式，价格非常昂贵，适应性也较弱。而现有的技术，还不足以在太空中完成较大规模的舱外焊接、铆接工作——哪怕有机械臂来帮忙，航天员在太空行走中能完成的机械加工，也非常有限。

千里之堤，易溃于蚁穴

即使我们解决了运载火箭的成本问题，成功将巨型宇宙飞船在太空中组装起来，飞船的巨大体型也会给后续的检测、维护带来挑战。

航天设备是相当精密、复杂的装置，当装置中的某个零件损坏，其影响往往牵一发而动全身。为了避免这种影响，在航天设备发射前，技术人员都会巨细无遗地反复检查。尽管我们可以用精益求精的态度，让航天设备的零件故障概率无限降低，但我们永远也无法让概率彻底为零。而航天设备的规模越是龐大，其所需的零件就越多，整个系统出现故障的概率也就越大。

假设建造一千米长的宇宙飞船需要100个舱段，那么连接舱段就需要99套连接装置;如果每个连接装置中含有100个零件，那么连接装置中零件总数就接近10000个。假设每个零件出现故障的概率，都是百万分之一，则这99套连接装置中，至少有一套出现故障的概率，就上升到了百分之一。百分之一的概率看似很低，却是航天工业无法承受的：一次连接装置的故障，很可能意味着飞船轰然断裂，造成无法挽回的悲剧。

末大必折，尾大不掉

建造巨型宇宙飞船要面临的第三个问题就是飞船的运动控制问题。

我们都知道，太空并不是真正的“空”，反而有许多的太空垃圾，也就是人类历次发射的航天器、人造卫星等人造物体留下的残骸。这些残骸体积都不大，但飞行速度很快，如果它们的运动方向恰好与宇宙飞船的运行方向相反，那么相对速度就会变得更大。按照动能定理公式（E =1/2mv 2），哪怕一个只有几十克的碎片，都足以产生一万牛顿以上的冲击力（相当于拎起1吨物体的力），这足以撞碎航天器的外壁。

因此航天器想要在太空中安全航行，只有两种方案：给航天器装上非常坚固的装甲，或是让航天器躲避这些致命的碎片。

第一种方案，给航天器装上坚固的装甲，这需要厚重的装甲材料，同时，也意味着航天器的有效载荷会被大量侵占，留给航天员进行科研和生活的空间会被大量压缩，那制造这个“太空堡垒”的意义也就不大了。

第二种方案，则需要在发现太空垃圾后，及时调整飞船的姿态加以躲避。

然而，这个方案依然面临着问题：这些太空垃圾的体积并不大，远距离不容易被观测到;而一旦近距离观测到它们，留给飞船转向的时间也不多了。要迅速改变飞船的方向，就必须提升飞船的速度，对于加速度（a ）的要求自然也很大。虽然在太空中，宇宙飞船会处于失重状态，但是其质量（m ）所需的推动力依然巨大。根据牛顿第二定律（F =ma ），一千米长的宇宙飞船所需要的推动力之大，可想而知。

而这样巨大的推动力从何而来呢？在太空之中，这个力量只能来自火箭发动机的推力。而推力并不会凭空产生，需要消耗大量的燃料或电能。如此一来，这个巨大的飞船，就必然会把大量的载荷用于储备能源，留给航天员的科研、生活空间依然会大大缩水。

梦想还是要有的，万一实现了呢？

综上所述，以目前人类的科学技术水平而言，制造一个巨大的飞船，不仅不现实，也不划算。不如换成几十艘小型飞船，分别执行不同任务，这相对于巨型宇宙飞船来说技术难度更低，效率却更高。

但是，研制一千米长的巨型宇宙飞船并不是没有意义的。巨型宇宙飞船可以提供一个地球上有，而宇宙里没有的东西：地心引力，也就是我们熟悉的重力。

在宇宙空间中，失重是航天员的常态;但长期待在失重环境下，会导致航天员的肌肉力量流失，回到地球之后需要很长时间来适应环境。况且，长时间的失重状态也会给航天员的工作带来各种麻烦。

那么，能不能人工制造出地心引力呢？目前认为比较可行的一种方案，就是让大型空间站保持一定速度的自转，通过离心作用来模拟地心引力。这就要求空间站的尺寸必须足够大，半径至少在一百米以上;它的尺寸越大，模拟出来的引力就越是贴近地球上的真实情况。从这个角度来说，制造一千米长的宇宙飞船还是具备巨大的科研价值的。

因此，虽然目前的科学技术并不支持我们制造如此庞大的飞船，但这并不影响我们对巨型宇宙飞船的研发。要知道，人类的科技发展是永不止步的。或许，在不远的未来，我们就能克服这些障碍，让巨大的太空堡垒变成现实。毕竟，梦想还是要有的，万一实现了呢？