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第九十六章 可行性变体和通讯方案

  半个月前的阅兵是成功的,人类帝国的青年们很多都迫不及待想去参军,表示对教团武器装备和驰骋太空的向往,与此同时,教团也开始吸收新的外围成员,散布信仰,给即将开始的戴森球计划和金星火星地球化计划提供有生力量。lhx8t

  教团拥有成编制的巨型宇宙飞船和卫星,对自动化技术的理解和应用足以维护这个巨大的自维持系统,敲定细节之后,花山院凉下令立即执行,谁也不会嫌能源多,他巴不得有源源不断的能源支持更加庞大的工业生产。lhx8t

  这种田的心理纯粹是和前世天朝学的,不到高等级不出去,怕被一下弄死,就像那个十里坡剑神,练满级才出门,一刀一个小朋友,可惜现实不允许花山院凉这么干,不然他也想龟缩在太阳系里,默默发展,成为终极大BOSS,横扫一切。lhx8t

  回到戴森球,一些经常提及的设计——特别是以“戴森壳”为基础的设计——是不切实际的,在虚构作品中,戴森球常常被描述成一个包围恒星的人造空心球体。lhx8t

  这是对戴森球原意的曲解,在回复有关他论文的信中,戴森说,“一个围绕恒星的球壳或环从物理上来说是不可行的。我设想的‘生物圈’的形式是由松散的太阳能收集器或独立环绕恒星轨道的卫星云构成。”lhx8t

  科幻小说中经常提及的戴森球变体是“戴森壳”:一种环绕恒星的均匀壳体。这种结构能够100%拦截恒星的能量输出,从而完全改变中心恒星的光线发射,如果其表面能够居住的话,它能够为设想中的人类定居点提供极大的活动空间。lhx8t

  但是理论上的困难限制了“戴森壳”,将中心恒星包含在内的重力交互作用,这可能因中心恒星的影响而发生偏移。lhx8t

  如果这样的偏移运动得不到纠正,最终可能导致壳体和恒星的直接碰撞,这很可能导致灾难性的结果,这样的结构需要某种形式的推进力去抵消偏移,或采用一些办法使得壳体表面远离恒星。lhx8t

  出于同样理由,戴森壳没有考虑壳体内部任何其他物质与其自身的重力交互作用,任何壳体内部的生物圈将不会被吸引到壳体的表面,而是会坠入恒星之中。lhx8t

  在某些设想中,生物圈可以放置于两个同心球之间,置于旋转球体的内部或靠恒星的引力附着在戴森球的外部,这种情况下,就应该设计某种形式的照明,或者戴森球至少应该部分透明,否则恒星的光线会被完全阻挡。lhx8t

  而在有的设想中,人工重力垂直于旋转轴,使得球体内部的物质集中于赤道上,有效地使球体类似于尼文环以便定居,同时高效地收集太阳能。lhx8t

  组成壳体的材料需要承受巨大的压缩力。若戴森球的半径为1天文单位,壳体上任意一点都处于一个天文单位距离处太阳引力作用下的圆形壳体压力。没有任何已知的或理论上存在的物质能够坚韧到承受如此大的压力,并且能够用来建造环绕恒星的刚性静态壳体。lhx8t

  太阳系中甚至没有足够建设半径为1天文单位的戴森壳的材料。lhx8t

  估计太阳系中有1.82×1026千克的物质能够直接用作建材,这用来建造上述大小——1天文单位的戴森壳已经足够。lhx8t

  此时壳体密度为600千克/平方米,大概8至20厘米厚,这取决于材料的密度,上述材料还包括了难以获取的气体巨行星的核心物质,类地行星仅能提供11.79×1024千克的材料,这对于半径达1天文单位的壳体来说密度则只能为42千克/平方米。lhx8t

  这样的戴森壳对于抵御星际物质,如彗星、流星或被太阳弓形激波所挠曲的星际物质来说是脆弱的。lhx8t

  基于以上的原因,“戴森壳”被教团科学院否决,制造难度过大,无法满足现实的物质需求。lhx8t

  戴森球的第二种形式是“戴森泡”,由许多独立的结构组成,可以逐步地进行建造。lhx8t

  这种方案是通过巨大的承受光压的太阳帆来抵消太阳的引力。这样的结构可以免于冲撞以及食的危险;各个结构对于母恒星来说可能是完全静止的,并且相互独立,由于光压和恒星引力之比是恒定的,与距离无关,此类静止卫星可以自由调整其与中心恒星的距离。lhx8t

  科学院计算,按照现代材料科学的能力,通过分子制造技术实现超轻碳纳米管的手段生产的物质,密度会达到所需的要求,一个总密度为0.78克/平方米的太阳帆。lhx8t

  如果太阳帆能够按照此面密度制造,太空定居点——面积达500平方千米,可居住一百万居民,重达3×109千克——就能通过直径3000千米的圆形太阳帆来维持,这种组装定居点总重为5.4×109千克。lhx8t

  该结构的直径大致等于香港到哈尔滨的距离,只比木星的卫星木卫二稍小,但质量却比多数小行星小得多,建造如此巨大质量的太阳帆定居点将耗费极大的人力物力,并且从材料科学上来说还有诸多不确定因素,但比起其他类型的戴森球变体所需要的技术和材料来说却是切合实际多了。lhx8t

  理论上,如果造出并围绕恒星部署了足够数量的太阳帆卫星,那么就能组成一个非固定的戴森泡。这种结构既没有受到巨大压力影响的缺点,也不必达到固定结构的戴森壳所需要的超大质量。lhx8t

  但这种壳体有着跟固定结构的戴森壳一样的光学和热力学特性,危险性极高,可以被其他宇宙文明通过类似的方式侦测到。lhx8t

  花山院凉思考良久,在危险性和复杂性之间选择了复杂性,他宁愿麻烦点,也不想在发展前期被其他宇宙文明观测到,于是最后一种戴森球的变体上了最终的方案桌——戴森云。lhx8t

  最接近戴森最初概念的变体,它由巨大数目的密集环绕恒星运行的独立结构(通常是太阳能卫星和太空定居点)组成。lhx8t

  这种戴森球结构有这样几个优势:组成戴森群的元件可以自由调整数量和设计尺寸,这样便能在长时期内逐步建造;不同形式的无线能量传输形式可以用于结构之间的能量传递。lhx8t

  戴森云也有其劣势,轨道力学规律决定了戴森云的轨道排布将会极度复杂,最简单的排布方式莫过于戴森环,在这种布置中,所有太阳能收集器共享同一个轨道。复杂的多环模式可以拦截到更多恒星能量输出,但环轨道重叠时会造成周期性的食,另外潜在的问题是,增加轨道结构会加强对其他结构的摄动,从而降低轨道的稳定性。lhx8t

  这样一个收集器“云”将会改变恒星系统向宇宙发射的光线,但可以预见的是,它不会完全遮蔽恒星的光线,恒星的自然光线仍将在其发射的光谱中存在。lhx8t

  也就是说不会被宇宙其他文明所观测到,察觉不到异常。lhx8t

  花山院凉决定就按这个来。lhx8t

  前面已经指出,戴森云可以渐次建造,实际上我们也应该采取这种方法。材料可以使用流水线的纳米技术,最重要的是以及在太空中采矿和建造太阳能板的自主机器人。lhx8t

  科学院已经为这个目标设计出一套精妙绝伦而又异常简单的方案,如果使用循环进行的方式,将产生递增的效果,甚至是指数级递增的建设速度,从而使整个工程在几十年内完成。lhx8t

  由五个基本步骤组成的建设周期是这样的:lhx8t

  1、获得能量lhx8t

  2、在水星采矿lhx8t

  3、将原料送入轨道lhx8t

  4、制造太阳能收集器lhx8t

  5、汲取能量lhx8t

  这个想法不是要把整个戴森云一次建成,而是利用循环方式逐步建设。我们只需建造戴森球的一小部分,来为整个工程的其余工作提供所需的能量。所以,建设效率将随着工程的进展而提高。lhx8t

  我们要从水星矿藏中获得原材料。lhx8t

  实际上,我们很可能要把整颗行星拆解,戴森球所需的材料是巨量的——多到如果我们真想完全包围太阳,我们将要拆解的不仅仅是水星,还有金星、某些带外行星和任何附近的小行星。lhx8t

  为什么要先开采水星?根据科学院的说法,我们需要一个靠近太阳的便利材料来源,而且我们所需的元素它基本拥有,水星的质量是3.3x 10 23 千克,这其中一半多一点儿的质量都是可以利用的,主要是用作有效建设材料的铁和氧。lhx8t

  那么,一旦把这些矿藏全部采集并运入太空,生产出太阳能收集器,水星1.7 x 10 23 千克的有用质量将转化为一张245克/平方米的平面。第一阶段的这块戴森云将被放在水星附近的轨道上,它将提供比较大的反射平面用来获取能量。lhx8t

  为了实现这个计划,科学院所倚仗的是五个基本但相当稳妥的计划:首先,移动并放置获能材料将花去10年时间;第二,真正可以利用的水星质量是51.9%;第三,十分之一的功率用于将原材料移出水星(其余的用来打破化学键和采矿);第四,将获得太阳能板三分之一的功率输出;最后,第一部分戴森球将只有1平方千米的表面。lhx8t

  接下来,事情就会变得更有趣:建设能力从此将呈指数级别增长。lhx8t

  因此,将整个工程拆分成所谓的“十年计划”。基本上,应该用第一个十年建造第一组阵列,然后利用这团初始戴森云提供的能量,助力工程余下的工作。按照这样的时间计划,水星大约将在第四个十年周期的时候被完全拆解。换句话说,可以在四十年里创造出由水星一半以上质量组成的戴森云。只要愿意继续下去,只要再花大约一年时间便可以拆解金星。lhx8t

  假如不停下建设的脚步,直到包围整个太阳,我们最终会拥有3.8 x 10 26 瓦特的能量,一旦第一阶段(也就是水星阶段)的建造完成,我们可以把产出的能量用作其他用途,比如超大规模计算,建造大型恒星际探索引擎,或者继续建造和维护戴森球。lhx8t

  其实第一阶段的完成,按照科学院的计算,能量已经够使用了,花山院凉并不想拆除金星,不如移民过去,分摊下地球上的人口,教团在政策上是鼓励生育的,实行多生优生奖励制度,可以预计,这样的新生儿大批降临的浪潮会很快来临,二十年后,会有大量的青年劳动力供教团使用。lhx8t

  这次征兵热潮为教团“戴森云”计划的实行提供了充足的劳动力,关于通讯方面也不用愁,量子通讯已经被攻克。lhx8t

  量子通信是量子信息学的一个重要分支,它利用量子力学原理对量子态进行操控,在两个地点之间进行信息交互,可以完成经典通信所不能完成的任务。lhx8t

  量子通信的原理只要有量子纠缠、量子不可克隆定理、秘钥分配和隐形传态四个部分。与传统的密码学不同,量子密钥分配是密码学与量子力学相结合的产物,它以量子态为信息载体,利用量子力学的一些基本物理原理来传输和保护信息。lhx8t

  量子通信有两种方案。lhx8t

  一种是直接通信方案,常见的如“乒乓协议“等,是采用量子通信手段直接传送信息。这种方案也叫量子隐形传态,是将甲地的某一粒子的未知量子态,瞬间转移给乙地的另一个粒子。lhx8t

  另一种是间接通信方案,也称为量子密钥分发方案。它有两个信道:一个是经典信道,使用普通的有线或无线方法发送密文;另一个是量子信道,专门用于产生密钥。每发送一次信息,通信双方都要重新生成新的密钥,即每次加密的密钥都不一样,实现了报文发送的“一次一密”,并且在密钥发送的过程中还可以检测有无侦听者,所以它可以在原理上实现绝对安全可靠的通信。lhx8t

  教团使用的是第一种,直接通信,无视距离,坏处是只能点对点,对环境要求高,在飞行的途中只能使用传统的无线电通讯。lhx8t

本章结束