日本的“黑科技”令人瞩目

彭永清

“太空电梯”

从月球到火星甚至更远，人类到底能够到达宇宙的何处？目前，无论人类将要奔向太空的哪个地方，都少不了运载火箭的帮助。当然，这需要花费庞大资金。随着科学技术的不断进步，在未来的太空运输交通系统中，运载火箭或将被一种更节能且更安全的技术所替代，它就是目前日本正在开发的“太空电梯”。

“太空电梯”最先由俄罗斯科学家于19世纪末根据艾菲尔铁塔的设想提出。但因制造太空电梯需要超强材料，长期以来，它只是作为一个科幻般的概念存在。1991年碳纳米管的问世，使这一概念变成可能。2007年，日本率先设立由专家组成的“太空电梯协会”，对此展开研究。2009年，日本举办了由各相关企业参加的升降机提升设计大赛，大林组株式会社提出了一个大胆的设计——一个可乘坐30人的“太空电梯”。太空电梯可在赤道附近以时速200公里的速度上升，直接到达3.6万公里高的空间站内。这些设施以太阳能发电来获取能源。

按照设计，太空电梯由两条电缆控制，长度约9.6万公里，相当于地球到月球距离的四分之一。为使电梯能够摆脱地球引力爬升至3.6万公里处的中转站，必须由两条行程相反的电缆来控制，这样太空电梯才能进行人员和物资运输。不过，太空电梯最关键的作用是替代火箭向太空输送探测器和飞船。与火箭发射飞船需要摆脱地球引力的速度不同，由于太空电梯的中转站和电缆与同步卫星一样绕地球转动，因此只要将飞船运送至中转站后放出，飞船就可以像被投出去的链球一样获得摆脱地球引力的速度。有估算称，太空电梯运送和释放飞船的成本要比火箭减少两位数，这对于未来有效解决火箭发射高成本这一太空开发领域的瓶颈显然是非常有利的。目前，用来向太空输送物资和宇航员的运载火箭存在许多问题，其中最主要的是对地球环境造成影响：以固体燃料为动力源的火箭发射时排放出的氯气会与臭氧层发生化学反应，并有可能令臭氧层变得稀薄。另外，火箭的有效载荷也只有其自重的百分之几，作为一种运输手段来说效率非常低。而且火箭发射易受天气影响，在向太空输送物资时，往往要选择好天气。太空电梯就不同了：升降机不仅在下降时可以回收利用上升过程中所用能量，而且还可以借助外部能源加速，因此它在向太空运送物资等的效率远比火箭高；同时它不太受天气影响，可以在大多数天气状况下运送物资。日本航空宇宙学会轨道电梯研讨委员会委员青木义田教授称，随着今后太空垃圾不断增多，火箭发射将变得越来越困难；而使用太空电梯不仅可以在地球同步轨道或更高处释放卫星，还有望用于建造宇宙太阳能发电站所需物资和人员的运送等。

大致估算，太空电梯中转站和电缆的造价约为10万亿日元，相当于建造一条磁悬浮干线的费用。因此，一旦太空电梯的优点被广泛认知，完全可以进行实际操作。不过，据估计电缆从设计到施工需要约20年时间，其中将电缆运送到地球同步轨道并安装两条行程相反的电缆需要约1年，剩下19年是逐渐将电缆加粗。制造电缆的材料将使用比铁轻的强力碳纳米管。最初用火箭将长约9.6万公里、最大横截面为48毫米、厚度为0.004毫米、重达20吨的电缆送入地球静止轨道，之后升降机在沿电缆爬升的同时不断反复地将成卷成卷的碳纳米管缠绕在电缆上，直到将电缆增至1.38毫米厚为止。这样的电缆可以承受重达100吨的升降机升降。

日本专家称，假设从2030年开始制造电缆，那么太空电梯或将在2050年开始启用。但是，太空电梯不应由一国单独完成并使用，因为这将使该国垄断太空相关产业。所以说，太空电梯构想应该是一项由世界各国相互协调、共同推进的计划。

不过，目前太空电梯的制造技术尚不成熟，其中最重要的就是电缆。要制造超级长度的电缆，需要使用CNT 结晶，但现有的技术只能将CNT制成最薄的3厘米，而需要掌握防止电缆受到陨石、太空垃圾及射线伤害的技术。升降机如果要沿着电缆爬升，就目前技术看只有采用多个滑轮自行移动来实现，但人类尚未掌握为爬升数万公里的升降机提供无线电力的技术，因此需要加紧研发。

对于人类而言，地球正变得越来越狭小。有预测称，到2050年全球人口将突破90亿，人类届时在太空寻找居住场所或旅行将不再是科学幻想。为实现太空电梯这一宏伟目标，日本“太空电梯协会”正在积极展开活动，其中最为独特的是太空电梯技术竞赛。在2012年的第4届挑战赛中，日本大学入江研究室研制的升降机在16个比赛队中脱颖而出，创下了爬升780米的纪录，同时还创下了54公里的平均上升速度和105公里的瞬间最快上升速度纪录。虽然这一挑战赛所使用的升降机并不能成为真正的太空电梯，但通过竞赛掌握的技术和经验将为今后太空电梯的制造提供帮助，实现人类真正的太空游。

机器人酒店

在日本长崎县佐世保市休闲度假主题公园豪斯登堡，开有日本首家机器人酒店——奇异酒店。这家于2015年7月正式营业的酒店不单单是一家“机器人娱乐酒店”，其经营成本也因机器人而大幅减少。

客人一进入酒店，就会有三個机器人上前迎接——两个恐龙机器人和一个年轻女性模样的机器人负责为客人办理入住登记。不仅如此，这三个机器人还能流利地说日语、英语、汉语和韩语。入住客人在酒店前台的液晶屏幕上选择自己使用的语言后，机器人马上就会用这种语言与客人交流。通常，入住酒店的都是事先预约好的客人，机器人在为客人办理入住手续时只需将客人证件或护照与预约名单上的内容进行对照，确认无误后即可给客人办理。在酒店前台，还有专门负责搬运客人行李的机器人。客人办完入住手续后，只要在负责搬运行李的机器人身上的显示器上输入房号，机器人就会从地板下面预埋的芯片中读取信息，并自动将行李送至指定房间。不过，搬运机器人最多只能搬运30公斤的行李，超过这一重量的行李则由酒店工作人员负责搬运。

酒店里的机器人会根据客人的步行速度来调节它自己的行走速度。如果前面有客人经过，或者行走时碰到客人后脚跟，机器人会自动停下。不过，因机器人怕淋雨，搬运行李时通常不会离开前台到另外一栋建筑的客房去。在客房内，有专门的机器人陪客人聊天，同时负责打扫窗户。花园里还有割草机器人，每天都将草坪打理得整整齐齐。

奇异酒店共有144间客房，包括临时加床最多可入住488名客人。如此规模的普通酒店至少需要30至35名服务员。但奇异酒店总共只有7名服务员，因为有轮休，所以每天实际只有5名服务员在上班。不过，酒店并不负责客房清扫、叠被褥和提供早餐，需由旅客事先打招呼，再由酒店负责向业者预定相关服务，费用则加在房租内。客人在预定房间时需付清房租，每人每天的房租约为1万日元。另外，酒店不向客人提供酒水饮料，客人如需要可在自动售货机上购买。由于没有额外费用，客人退房时也没有前台服务员接待，只有机器人负责办理手续。

除了提供住宿外，奇异酒店还推出了机器人展示活动。酒店刚开业时，展示了6个种类的82个机器人，目前已增至25个种类214个机器人。一些在酒店前台展示的机器人还可对外销售。购买机器人的大都是入住酒店的客人，他们购买的多是专门清扫窗户的机器人。据称，市面上一个窗户清扫机器人的价格为5.48万日元，而在奇异酒店购买可以打折。

其实，当初奇异酒店开张时也遇到不小的困难，如机器人对客人的语音识别和语音输入系统不够完善，遭到许多客人抱怨。现在，机器人服务员不仅能够完全识别客人语音，而且服务也很体贴周到，就连小孩子的声音也能够识别，还能与孩子们对话。奇异酒店正准备开一家“机器人酒吧”，让客人品尝到由机器人调配出来的鸡尾酒；同时增设“机器人歌手”，与客人一起K歌。

人造流星雨

据日本《AERA》杂志报道，日本正着手推进太空风险投资，其中就包括实现“人造流星雨”技术这一项目。2018年3月在东京召开的“宇宙研讨会”上，日本太空创业公司ALE公司总裁冈岛礼奈谈及初衷时称，希望能在适时适地边喝啤酒边看流星划过夜空，并计划在2020年东京奥运会开幕时用人造流星雨来为这一国际赛事添光增彩。

2013年，冈岛与公司研究人员一起成功制作出可用肉眼观察“流星”，并且确立了蓝、绿、橙的发光技术。冈岛说，积累起来的人造流星雨技术不仅可以用于娱乐和商业，而且可用来揭开自然界陨石和流星的机理。

通常，地球上空50至80公里处的小石块在进入大气层时燃烧会出现流星现象。而ALE公司计划两年内发射搭载人造流星群的小型人造卫星至地面上空500公里轨道，并通过这个如小型透明箱子的人造卫星将其内装满的约1000颗直径为1—2厘米弹珠大小的金属球释放到大气中。当金属球粒子以时速约2.8万公里的速度飞速下落并绕地球轨道飞行约三分之一周时，会一边燃烧一边像彗星一样发出耀眼的光。

据ALE宣传负责人称，该公司所使用的金属粒子将比自然流星群中的尘埃粒子更大，因此燃烧时间也更长，且光柱和明亮度也要超过自然流星。另外，由于划过夜空的速度比自然流星慢，这样也进一步延长了燃烧时间。该公司还考虑通过不同种类的金属粒子来制作出如焰火般的色彩，让流星群在空中划出一道道彩虹，把夜空装点得更加璀璨。

该名为“Sky Canvas”的计划无疑具有娱乐和商业方面的价值，不仅如此，冈岛称“人造流星”技术或能在科学领域作出贡献。在空中释放已知成分和速度的粒子，并让它们进入地球大气层的计划，是为了获取详细数据，以供在出现失去功能的卫星和太空中的火箭碎片等太空垃圾突入大气层的情况时使用。不过，美国亚利桑那州大学宇宙物体行为科学项目负责人、熟知太空垃圾问题的莫里弗·贾对此表示怀疑，尤其担心流星粒子意外地与卫星相撞，反而会使太空垃圾增加。ALE也在就此问题研究必要的预防手段，即开发专用的报警系统。另据该公司提示的模拟实验结果称，即便人造流星未采取安全措施，与人造卫星相撞的概率也只有1亿分之一。因此，如果ALE公司能够确保人造流星群的安全性，就有可能将此计划变成现实。

即便如此，“人造流星雨”的费用也远不是家庭成员过生日那样简单。据法新社报道称，ALE制造一颗人造流星粒子的费用约需100日元，且还不包括发射人造卫星的费用在内。因此，人造流星群的制作费可谓不菲。不过，由于ALE公司的计划是通过大卫星“顺带”装有金属弹珠的小卫星的方式，即将四方形小卫星置于大卫星剩余空间的方式，因此发射成本可以大大降低。对于“小卫星在流星粒子燃烧后可能会在太空中成为垃圾”的疑问，ALE公司表示，人造卫星在完成计划数个月（自发射起约2年）后会在大气层燃尽，不会成为太空垃圾。

2019年1月18日，ALE公司成功將7颗人造卫星送入预定轨道，其中最令人瞩目的是一颗可制造流星雨的卫星。预计2020年将首次上演人造流星雨，届时人们就可以欣赏到美丽绚烂的景象了。

人造流星雨计划，其商业目的是为那些想要随时随地看见流星雨的人提供定位服务。例如，在主题公园的集会中，当主持人手臂一挥，天空中马上出现熠熠夺目的流星雨；当然还可以在举办太空婚礼或葬礼时派上用场。

目前，ALE公司已经制造完成了释放流星粒子的机械原型1号机，该机械释放的流星粒子在太空中发出的光亮只在城市上空可以肉眼看见，但该公司表示，一年后光的亮度可以大大提高，使更远地方的观者都可以看到。此外，公司还在研究制作流星文字和图形，以及可以让人在欣赏过程中许下三个愿望的长时间流星雨。