日本的“黑科技”令人矚目

彭永清

“太空電梯”

從月球到火星甚至更遠，人類到底能夠到達宇宙的何處？目前，無論人類將要奔向太空的哪個地方，都少不了運載火箭的幫助。當然，這需要花費龐大資金。隨著科學技術的不斷進步，在未來的太空運輸交通系統中，運載火箭或將被一種更節能且更安全的技術所替代，它就是目前日本正在開發的“太空電梯”。

“太空電梯”最先由俄羅斯科學家于19世紀末根據艾菲爾鐵塔的設想提出。但因制造太空電梯需要超強材料，長期以來，它只是作為一個科幻般的概念存在。1991年碳納米管的問世，使這一概念變成可能。2007年，日本率先設立由專家組成的“太空電梯協會”，對此展開研究。2009年，日本舉辦了由各相關企業參加的升降機提升設計大賽，大林組株式會社提出了一個大膽的設計——一個可乘坐30人的“太空電梯”。太空電梯可在赤道附近以時速200公里的速度上升，直接到達3.6萬公里高的空間站內。這些設施以太陽能發電來獲取能源。

按照設計，太空電梯由兩條電纜控制，長度約9.6萬公里，相當于地球到月球距離的四分之一。為使電梯能夠擺脫地球引力爬升至3.6萬公里處的中轉站，必須由兩條行程相反的電纜來控制，這樣太空電梯才能進行人員和物資運輸。不過，太空電梯最關鍵的作用是替代火箭向太空輸送探測器和飛船。與火箭發射飛船需要擺脫地球引力的速度不同，由于太空電梯的中轉站和電纜與同步衛星一樣繞地球轉動，因此只要將飛船運送至中轉站后放出，飛船就可以像被投出去的鏈球一樣獲得擺脫地球引力的速度。有估算稱，太空電梯運送和釋放飛船的成本要比火箭減少兩位數，這對于未來有效解決火箭發射高成本這一太空開發領域的瓶頸顯然是非常有利的。目前，用來向太空輸送物資和宇航員的運載火箭存在許多問題，其中最主要的是對地球環境造成影響：以固體燃料為動力源的火箭發射時排放出的氯氣會與臭氧層發生化學反應，并有可能令臭氧層變得稀薄。另外，火箭的有效載荷也只有其自重的百分之幾，作為一種運輸手段來說效率非常低。而且火箭發射易受天氣影響，在向太空輸送物資時，往往要選擇好天氣。太空電梯就不同了：升降機不僅在下降時可以回收利用上升過程中所用能量，而且還可以借助外部能源加速，因此它在向太空運送物資等的效率遠比火箭高；同時它不太受天氣影響，可以在大多數天氣狀況下運送物資。日本航空宇宙學會軌道電梯研討委員會委員青木義田教授稱，隨著今后太空垃圾不斷增多，火箭發射將變得越來越困難；而使用太空電梯不僅可以在地球同步軌道或更高處釋放衛星，還有望用于建造宇宙太陽能發電站所需物資和人員的運送等。

大致估算，太空電梯中轉站和電纜的造價約為10萬億日元，相當于建造一條磁懸浮干線的費用。因此，一旦太空電梯的優點被廣泛認知，完全可以進行實際操作。不過，據估計電纜從設計到施工需要約20年時間，其中將電纜運送到地球同步軌道并安裝兩條行程相反的電纜需要約1年，剩下19年是逐漸將電纜加粗。制造電纜的材料將使用比鐵輕的強力碳納米管。最初用火箭將長約9.6萬公里、最大橫截面為48毫米、厚度為0.004毫米、重達20噸的電纜送入地球靜止軌道，之后升降機在沿電纜爬升的同時不斷反復地將成卷成卷的碳納米管纏繞在電纜上，直到將電纜增至1.38毫米厚為止。這樣的電纜可以承受重達100噸的升降機升降。

日本專家稱，假設從2030年開始制造電纜，那么太空電梯或將在2050年開始啟用。但是，太空電梯不應由一國單獨完成并使用，因為這將使該國壟斷太空相關產業。所以說，太空電梯構想應該是一項由世界各國相互協調、共同推進的計劃。

不過，目前太空電梯的制造技術尚不成熟，其中最重要的就是電纜。要制造超級長度的電纜，需要使用CNT 結晶，但現有的技術只能將CNT制成最薄的3厘米，而需要掌握防止電纜受到隕石、太空垃圾及射線傷害的技術。升降機如果要沿著電纜爬升，就目前技術看只有采用多個滑輪自行移動來實現，但人類尚未掌握為爬升數萬公里的升降機提供無線電力的技術，因此需要加緊研發。

對于人類而言，地球正變得越來越狹小。有預測稱，到2050年全球人口將突破90億，人類屆時在太空尋找居住場所或旅行將不再是科學幻想。為實現太空電梯這一宏偉目標，日本“太空電梯協會”正在積極展開活動，其中最為獨特的是太空電梯技術競賽。在2012年的第4屆挑戰賽中，日本大學入江研究室研制的升降機在16個比賽隊中脫穎而出，創下了爬升780米的紀錄，同時還創下了54公里的平均上升速度和105公里的瞬間最快上升速度紀錄。雖然這一挑戰賽所使用的升降機并不能成為真正的太空電梯，但通過競賽掌握的技術和經驗將為今后太空電梯的制造提供幫助，實現人類真正的太空游。

機器人酒店

在日本長崎縣佐世保市休閑度假主題公園豪斯登堡，開有日本首家機器人酒店——奇異酒店。這家于2015年7月正式營業的酒店不單單是一家“機器人娛樂酒店”，其經營成本也因機器人而大幅減少。

客人一進入酒店，就會有三個機器人上前迎接——兩個恐龍機器人和一個年輕女性模樣的機器人負責為客人辦理入住登記。不僅如此，這三個機器人還能流利地說日語、英語、漢語和韓語。入住客人在酒店前臺的液晶屏幕上選擇自己使用的語言后，機器人馬上就會用這種語言與客人交流。通常，入住酒店的都是事先預約好的客人，機器人在為客人辦理入住手續時只需將客人證件或護照與預約名單上的內容進行對照，確認無誤后即可給客人辦理。在酒店前臺，還有專門負責搬運客人行李的機器人。客人辦完入住手續后，只要在負責搬運行李的機器人身上的顯示器上輸入房號，機器人就會從地板下面預埋的芯片中讀取信息，并自動將行李送至指定房間。不過，搬運機器人最多只能搬運30公斤的行李，超過這一重量的行李則由酒店工作人員負責搬運。

酒店里的機器人會根據客人的步行速度來調節它自己的行走速度。如果前面有客人經過，或者行走時碰到客人后腳跟，機器人會自動停下。不過，因機器人怕淋雨，搬運行李時通常不會離開前臺到另外一棟建筑的客房去。在客房內，有專門的機器人陪客人聊天，同時負責打掃窗戶?；▓@里還有割草機器人，每天都將草坪打理得整整齊齊。

奇異酒店共有144間客房，包括臨時加床最多可入住488名客人。如此規模的普通酒店至少需要30至35名服務員。但奇異酒店總共只有7名服務員，因為有輪休，所以每天實際只有5名服務員在上班。不過，酒店并不負責客房清掃、疊被褥和提供早餐，需由旅客事先打招呼，再由酒店負責向業者預定相關服務，費用則加在房租內。客人在預定房間時需付清房租，每人每天的房租約為1萬日元。另外，酒店不向客人提供酒水飲料，客人如需要可在自動售貨機上購買。由于沒有額外費用，客人退房時也沒有前臺服務員接待，只有機器人負責辦理手續。

除了提供住宿外，奇異酒店還推出了機器人展示活動。酒店剛開業時，展示了6個種類的82個機器人，目前已增至25個種類214個機器人。一些在酒店前臺展示的機器人還可對外銷售。購買機器人的大都是入住酒店的客人，他們購買的多是專門清掃窗戶的機器人。據稱，市面上一個窗戶清掃機器人的價格為5.48萬日元，而在奇異酒店購買可以打折。

其實，當初奇異酒店開張時也遇到不小的困難，如機器人對客人的語音識別和語音輸入系統不夠完善，遭到許多客人抱怨?，F在，機器人服務員不僅能夠完全識別客人語音，而且服務也很體貼周到，就連小孩子的聲音也能夠識別，還能與孩子們對話。奇異酒店正準備開一家“機器人酒吧”，讓客人品嘗到由機器人調配出來的雞尾酒；同時增設“機器人歌手”，與客人一起K歌。

人造流星雨

據日本《AERA》雜志報道，日本正著手推進太空風險投資，其中就包括實現“人造流星雨”技術這一項目。2018年3月在東京召開的“宇宙研討會”上，日本太空創業公司ALE公司總裁岡島禮奈談及初衷時稱，希望能在適時適地邊喝啤酒邊看流星劃過夜空，并計劃在2020年東京奧運會開幕時用人造流星雨來為這一國際賽事添光增彩。

2013年，岡島與公司研究人員一起成功制作出可用肉眼觀察“流星”，并且確立了藍、綠、橙的發光技術。岡島說，積累起來的人造流星雨技術不僅可以用于娛樂和商業，而且可用來揭開自然界隕石和流星的機理。

通常，地球上空50至80公里處的小石塊在進入大氣層時燃燒會出現流星現象。而ALE公司計劃兩年內發射搭載人造流星群的小型人造衛星至地面上空500公里軌道，并通過這個如小型透明箱子的人造衛星將其內裝滿的約1000顆直徑為1—2厘米彈珠大小的金屬球釋放到大氣中。當金屬球粒子以時速約2.8萬公里的速度飛速下落并繞地球軌道飛行約三分之一周時，會一邊燃燒一邊像彗星一樣發出耀眼的光。

據ALE宣傳負責人稱，該公司所使用的金屬粒子將比自然流星群中的塵埃粒子更大，因此燃燒時間也更長，且光柱和明亮度也要超過自然流星。另外，由于劃過夜空的速度比自然流星慢，這樣也進一步延長了燃燒時間。該公司還考慮通過不同種類的金屬粒子來制作出如焰火般的色彩，讓流星群在空中劃出一道道彩虹，把夜空裝點得更加璀璨。

該名為“Sky Canvas”的計劃無疑具有娛樂和商業方面的價值，不僅如此，岡島稱“人造流星”技術或能在科學領域作出貢獻。在空中釋放已知成分和速度的粒子，并讓它們進入地球大氣層的計劃，是為了獲取詳細數據，以供在出現失去功能的衛星和太空中的火箭碎片等太空垃圾突入大氣層的情況時使用。不過，美國亞利桑那州大學宇宙物體行為科學項目負責人、熟知太空垃圾問題的莫里弗·賈對此表示懷疑，尤其擔心流星粒子意外地與衛星相撞，反而會使太空垃圾增加。ALE也在就此問題研究必要的預防手段，即開發專用的報警系統。另據該公司提示的模擬實驗結果稱，即便人造流星未采取安全措施，與人造衛星相撞的概率也只有1億分之一。因此，如果ALE公司能夠確保人造流星群的安全性，就有可能將此計劃變成現實。

即便如此，“人造流星雨”的費用也遠不是家庭成員過生日那樣簡單。據法新社報道稱，ALE制造一顆人造流星粒子的費用約需100日元，且還不包括發射人造衛星的費用在內。因此，人造流星群的制作費可謂不菲。不過，由于ALE公司的計劃是通過大衛星“順帶”裝有金屬彈珠的小衛星的方式，即將四方形小衛星置于大衛星剩余空間的方式，因此發射成本可以大大降低。對于“小衛星在流星粒子燃燒后可能會在太空中成為垃圾”的疑問，ALE公司表示，人造衛星在完成計劃數個月（自發射起約2年）后會在大氣層燃盡，不會成為太空垃圾。

2019年1月18日，ALE公司成功將7顆人造衛星送入預定軌道，其中最令人矚目的是一顆可制造流星雨的衛星。預計2020年將首次上演人造流星雨，屆時人們就可以欣賞到美麗絢爛的景象了。

人造流星雨計劃，其商業目的是為那些想要隨時隨地看見流星雨的人提供定位服務。例如，在主題公園的集會中，當主持人手臂一揮，天空中馬上出現熠熠奪目的流星雨；當然還可以在舉辦太空婚禮或葬禮時派上用場。

目前，ALE公司已經制造完成了釋放流星粒子的機械原型1號機，該機械釋放的流星粒子在太空中發出的光亮只在城市上空可以肉眼看見，但該公司表示，一年后光的亮度可以大大提高，使更遠地方的觀者都可以看到。此外，公司還在研究制作流星文字和圖形，以及可以讓人在欣賞過程中許下三個愿望的長時間流星雨。