磁流体力学

science/mhd

订购光盘,100法郎,包含网站副本(58 MB)及19本LANTURLU漫画

……什么是磁流体动力学,简称MHD?这是一门艺术和方法,通过对流体(液体或气体)施加电磁力来作用于流体,前提是流体具有足够的导电性。这时我们称之为MHD加速器。这也是一门艺术和方法,将流体的动能转化为电能。这时我们称之为MHD发电机。更一般地说,在一种形式的能量直接转换为另一种形式的能量(动能、电磁能)的情况下,我们称之为MHD转换器。

……要入门MHD,请看我收录在“Lanturlu光盘”中的漫画《沉默之墙》(名副其实)。

……在六十年代,法国在这个领域处于绝对领先地位。可以说:纯属偶然。六十年代初,许多国家——英国、苏联、美国、法国——都启动了大规模的MHD研究。德国等国以及后来的日本较晚才加入这一行列。当时的目标是研制MHD发电机,这种发电机原则上可以达到远高于热机的效率(高达60%)。能源来源有两种性质:碳氢化合物燃烧或核能。为了使该过程有利可图,关键是要让打算从中提取尽可能多动能的流体具有足够的导电性。然而原则上所有气体都是极差的电导体。它们甚至完全是……绝缘体。于是人们竭尽所能,通过“播种”低“电离电位”的碱金属元素(主要是铯)来赋予这些气体显著的导电性。但结果令人失望,尽管在经济高速增长时期为此研究投入了巨额资金。于是人们考虑让这些发电机“在双温度下运行”,使“自由电子气”的温度高于由原子组成的气体本身的温度。但1964年E.韦利霍夫(后来成为苏联科学院副院长)在理论上发现的一种可怕的不稳定性,在六十年代末摧毁了所有这些计划。到七十年代中期,大多数国家都已放弃,只有苏联例外,它一直在这个研究领域保持着重要投入,直到其经济崩溃。

……1965年我被分配到马赛流体力学研究所时,在那里发现了一个小团队,聚集在研究员乔治·安格莱萨基斯周围,他受美国一位瑞士裔研究员伯特·佐德勒工作的启发,进行了直接转换实验,使用所谓的“激波管”作为气体脉冲源。实验持续时间非常短(不到一百微秒),但全部意义在于:以极高速度(超过2500米/秒)、在高压(一个巴)下排出的气体同时也非常热(一万度),因此导电性极强。在这种情况下,就有可能模拟人们梦寐以求的那些MHD发电机——通过压缩、加热并使氩气这类在普通条件下导电性极差的气体穿过喷管排出,而它们在达到的温度下变得导电。当然,这些实验在严格的工业层面上毫无意义。一个每小时只能运行千万分之一秒的发电机有什么用,即使它在那段时间里喷出好几兆瓦?当时没有人意识到(除了苏联人),这些脉冲发电机有朝一日会在很久以后被称为“星球大战”的计划中找到用武之地,我将在网站中谈到这一点。

……读者随后会得知,也许还会惊讶地得知,苏联MHD之父不是别人,正是天才的安德烈·萨哈罗夫(他也是第一颗苏联氢弹之父)。萨哈罗夫不是研究者,他是发现者和远见者。在我落脚的那个马赛研究所里,没有人怀疑MHD的真实可能性。然而还是取得了一些引人注目的成果。1967年,即我进入实验室两年后,凭借一个巧妙的窍门(十五年后被一个日本人重新发现),我成功首次让一台双温度发电机运转起来(仍然是在那些短暂的脉冲期间),跑赢了韦利霍夫不稳定性(它在一微秒内发展起来)。等离子体加速实验也成功进行,在仅十厘米长的喷管上获得了5公里/秒的速度增益。但这一切在全面溃败的背景下完全无人注意。

……在法国,研究原则上是“受指导的”。CNRS等机构因此设立了“计划”。问题在于,制定这些计划的人和那些有想法、做研究的人不是同一批人。我不知道你们是否用砍刀砍过鸭子的头。大家都知道,那只动物然后还能敏捷地跑。法国研究有点像这只无头鸭,而且情况更糟,因为法国研究机构紧紧依附于:

  • 军队

  • 综合理工学院派

……当人们明白了这一切,通常是在多年的挫折之后,就只剩下转向唯一一个可以设想长期工作的研究领域:理论研究。

……1987年,在法国研究计划被正式关闭十年之后,我放弃了所有MHD研究。我放弃是因为被迫无奈。我在不同的书里解释过。我将在网站MHD部分的这一节中重新讲述这一切。这项研究的核心是一个激动人心的想法:是否可能让飞行器在稠密空气中以超音速甚至高超音速飞行,而不产生“音爆”、激波?一名学生贝特朗·勒布伦在我的指导下沿这条路完成了博士论文。我们的理论工作,伴随着顶级期刊上的大量科学发表和国际会议上的报告,给出了肯定的回答(见通过链接可访问的文档末尾的列表)。八十年代中期,我说服了CNRS总裁帕蓬帮助我们搭建实验。经费拨了下来。想法是再次进行短时实验,用“激波管”作为热脉冲风洞。鲁昂的一个实验室还拥有一台这种……老古董。我们还回收了大量设备,是丰特奈-玫瑰第一台“托卡马克”的遗物。帕蓬很高兴,看到“我们要用废品做前沿研究”。八十年代末,我们差一点就成功了。但军队故意让项目搁浅。我们后来掌握了证据,我已在一本书中公布。

……军队,顾名思义,拥有一切权力,只要它以国防机密为标准。人们很容易想象一个“MHD巡航导弹”可能代表的战略优势,它是唯一能够以高超音速在山丘间跳跃飞行的导弹(对门外汉说一句:目前所有巡航导弹都是亚音速的)。军队当时想禁止在民用环境中进行这样的研究,如果它能在自己的圣地、远离窥探目光的地方继续这些研究,那还算勉强可以理解。然而十三年后,事实证明法国军方根本无力继续这些研究,而且这些研究很快就因……能力不足而被干脆放弃了。所进行的调查只是得出了以下结论:

不存在法国军用MHD

……而此时,一群来自IHEDN(国防高等研究院)的军人正在1999年7月出版的一本小册子中发出警报。他们提到美国人在该领域的惊人领先,敲响警钟。我们后面会看到这些担忧可能是有根据的。我甚至确信他们有根据,我会加以解释。但滑稽的是,在这些对局势感到担忧的人当中,有很多正是1976年至1987年间法国MHD事业失败的主要负责人。目光短浅,无能。更离奇的是,正是这些人伸出手来,要求“以行动作出回应”,要求有力行动,实际上要求给他们全权,而他们才是我们在该领域落后的主要责任人。他们摆出阴谋家的姿态,竭力暗示他们的发言人有强大的科技能力辅佐。然而根本不是这么回事。这一切不幸只是相当可悲而且毫无用处的装腔作势,因为已经……太晚了。

……对我这个研究者来说,难以忍受的是还看到一个毫无科学能力的人在电视上夸夸其谈,宣称“我们现在知道如何让机器以超音速飞行而不产生音爆”。我当时想,让学生、教师、工程师、纳税人、街头路人,甚至……政治家都知情、都拥有评判依据是件好事,以免二十三年后这些人第二次被当成傻瓜。

……作为开胃菜,读者点击下面的链接,会看到对这个著名的MHD实验——我们梦想做的、我们已完全计算好的、本应(像我在该领域做过的所有实验一样)一次成功的实验——相当通俗化的介绍。一个军人集团未能完成的实验。

……这怎么可能?不要高估军人(和综合理工学院派)。回想一下克列孟梭在14-18年战争转折点说的那句话:“打败德国的最好办法是在那里建一所综合理工学院。”

……在进入这个实验介绍之前,以“可能改变我们世界观的百微秒”的风格,讲一件佐证我所说之话的有趣轶事。法国最初在雷加内进行核试验后,军方得知美国人此后在地下进行试验。他们问美国人是怎么做的。答复很快到来:

  • 听着,你们这些吃青蛙的小家伙,你们人挺好,但一方面你们退出了北约,另一方面我们也不那么想让核技术在这个星球上蔓延开来。所以,自己想办法吧……

……综合理工学院派的军事工程师、“火药工程师”们做了精密的计算。他们得出结论,必须在山里钻一条隧道,把核装置放在最深处,然后用混凝土和废铁填满其余部分。就这样做了。几乎在这个被封堵的隧道正对面设立了一个发射指挥所,然后邀请国防部长皮埃尔·梅斯梅尔来到撒哈拉的这个角落观看试验。正是他本人后来向《巴黎竞赛报》讲述了这件事,该报当时徒劳地(在我们国家人们乐于保守秘密)试图书写法国原子弹的历史。马上就能看出他为何吐露此事。部长即使过了这么多年,仍然憋着一肚子火。

……当装置被点火时,压力立即将数百米的钢筋混凝土喷出,隧道像一把霰弹枪一样运作。部长惊愕地看着这些碎片从近处飞过。当然,所有人都受到了辐射。评估所受剂量变得困难:胶片(包括部长的)完全被曝光了。梅斯梅尔怒不可遏。一个外籍军团士兵或一个村庄的居民受到辐射还说得过去,但是……国防部长,毕竟!

……事实上,我们的军事工程师最终明白了,装置不该放在坚硬的岩石里,恰恰相反,应该放在数百米深的足够柔软以缓冲冲击的土层下。想一想。如果你想让一枚手榴弹爆炸然后分析爆炸产物,把它放在沙袋上也许比浇铸在混凝土里更合乎逻辑。今天人们知道该怎么操作了。当炸弹爆炸时,在可压缩的土层中(就像穆鲁罗阿环礁的底土那样)会形成一个空腔。能量就这样被非弹性压缩吸收。同时一道冲击波向地表上升,轻轻掀起地面,大功告成。

……这一切只是说明,军事圣地在基础研究方面也许并非尽善尽美。我有时听到有人对我说:

  • 但是,您不觉得向我们展示的这一切、所有这些电视上的装腔作势“只是为了糊弄观众”,而在这块幕布后面,可能进行着严肃得多的研究吗?

……抱歉让您失望。这块幕布后面什么也没有。否则上面提到的报告就不会包含那么多暴露作者科学无能的蠢话。

我没有改变世界的能力,但我不喜欢人们被当成傻瓜。

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