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星際旅行可能嗎 星際旅行有哪些技術可以實現

編輯:zhf 時間:2017-08-31 11:42:45 瀏覽量: 文章糾錯

星際旅行一直是人類夢寐以求的事情,但是大家都知道,現有的技術和科技實力還不足以實現星際旅行,畢竟人類目前最快的速度也只是第三宇宙速度,想要去離人類最近的半人馬座比鄰星以光速都需要4.2年,更何況是人類的化學推進劑的飛船,那豈不是要飛上萬年,下面給大家分享星際旅行有哪些技術可以實現。

每當我們形容某些事物速度極快的時候,往往都會拿火箭來比喻——XXX就跟火箭速度一樣……

事實上,一般運載火箭入軌速度為7.6公里/秒,最高可達10.8公里/秒,

這一速度至少是高爾夫球開桿速度的126倍,

至少是出膛子彈速度的7倍,

至少是人類最快飛機北美X-15火箭動力飛機的3.7倍……但跟光速相比,卻慢如龜行。兩者竟然相差4萬倍!

畢竟人類面對的常常是以光年為跨度的宇宙尺度。

要知道人類在太空中的活動空間是多么渺小。

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作為目前飛得最遠的人類飛行器——旅行者1號,就在今年8月26日距離我們地球139AU,也就是2.08 × 10^10公里,但跟一光年(946× 10^10公里)相比起來,只有1/473!

要知道旅行者1號可是已經整整飛行了39年+11月+21天!

所以呢,突破現有人造飛行器速度,可以說是N代人追求的夢想。

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正如宇航動力學專家論斷的那樣,目前化學動力火箭差不多要被榨干了,速度也幾乎要到頭了,唯有跳出現有化學動力推進,才能實現科幻級的宇航速度。

以下我們就來盤點一下,比較接近現實、比較靠譜的幾種未來星際飛船,及其背后的超級推進技術。

熱核動力飛船 THERMONUCLEAR PROPULSION

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熱核動力宇宙飛船的概念,早在1973年就已開始被全世界最老牌的太空探索研究機構——英國星際學會,正式立項研究。

推進原理其實跟我們太陽燃燒差不多,都是利用熱核聚變產生巨能。

熱核動力的關鍵就在于可控核聚變技術,目前主要有三種:超聲波核聚變、激光約束(慣性約束)核聚變、磁約束核聚變(托卡馬克式)。

激光約束和磁約束是主要方向,美國能源部側重激光約束來研制核聚變。

而中國、歐盟、美國、日本、俄羅斯等聯手投資160億歐元,創建全球最大實驗性磁約束核聚變反應堆ITER,主攻磁約束,預計2019年組裝完成。

根據英國星際學會的研究報告推算,人類一旦掌握熱核動力推進技術,宇宙飛船將會達到每秒1萬公里以上的宇航速度,這是光速的1/30,從而達到近光速。

激光飛船 LASER PLASMA PROPULSION

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激光飛船,又稱脈沖激光推進宇宙飛船,就是采用快速重復的高能脈沖激光束來加熱推進劑,也就是說工作介質不是被穩定地加熱,而是產生一系列巨大的脈沖爆炸波。

當推進劑流動到激光聚焦區域時,會迅速升溫,發生電離,成為高溫等離子體迅速膨脹,形成激光支持的爆炸波,然后爆炸波從超音速噴管中噴出產生推力。

據悉,激光飛船技術一旦成熟后,其速度理論值約為光速1%,即每秒3000公里。

這一技術早在20世紀70年代美蘇開始研發。最新突破是在2000年,美國光船技術公司將直徑為12.2厘米、重50克的激光飛船原型機發射到71米高度,飛行12.7秒。

這是迄今為止飛行時間最長、飛行高度最高、飛船重量最重的激光飛船記錄,意義相當于當年萊特兄弟第一次駕駛飛機飛上藍天。

光帆 LIGHTSAIL

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也叫太陽帆,采用巨大的薄膜鏡片,以太陽光的輻射壓作為飛船推進力。

光帆的概念最早是由德國天文學家開普勒在17世紀提出的。

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2010年,日本發射了測試版宇宙探測器IKAROS。IKAROS全稱「依靠太陽輻射加速的星際風箏」(也指希臘神話悲劇人物伊卡洛斯,使用蠟制飛行翼飛向太陽,結果落水喪生),由日本宇航研究開發機構JAXA開發,是世界第一個以太陽帆為動力的探測器。

英國星際學會研發的LightSail 2光帆2號,預計2018年由SpaceX發射到太空進行測試。

星際氣體沖壓動力飛船 BUSSARD RAMJET

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又稱巴薩德沖壓動力飛船,是1960年代美國物理學家巴薩德構想出來的一種未來宇航推進技術。這種推進器是一種核聚變沖壓發動機,利用巨大的電磁場(上萬平方公里)作為漏斗,收集、壓縮星際物質中的氫(因為構成宇宙普通物質75%都是氫),直到足以發生核聚變,從而透過反作用力推進飛船前進。

根據巴薩德推導得出,這種星際氣體沖壓動力飛船的最大推進速度不會超過100公里/秒。盡管飛行速度并不快,但續航能力超長超贊,所以適合恒星際飛行。

電磁驅動飛船 EmDrive

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電磁驅動原理,1999年最早由英國工程師羅杰·索耶提出。

電磁驅動的原理是這樣子的:在一個沒有尖頂的錐形腔體內,通過太陽能供電產生大量電磁微波,在錐形腔體里形成高密度地來回反射,利用錐形腔體兩端粗細不等形成的推力差,由此產生巨大推力,進而推進飛行器飛行。這相當于在封閉容器里產生推進力,卻不需要任何化學燃料推進劑,學名無工質驅動。

據稱,就在2016年12月10日,中國空間技術研究院公布了一項令人熱血沸騰的科研成果:電磁驅動技術已在天宮二號里成功測試,這就意味著這項神驅動技術的原理驗證不僅可行可靠,而且將盡快研發,首先實際應用在衛星推進驅動上。

要知道這一技術NASA已經研發了10年,跟NASA進行電磁驅動技術綁定的美國Cannae Drive公司,計劃要等到2018年發射一顆6U立方體衛星,才能進行太空驗證。中國在此很可能領先于美國技術,率先制造出神級發動機——電磁驅動宇航推進器。

反物質飛船 ANTIMATTER

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物質與反物質相遇發生湮滅,質量可以完全轉換成能量,從而獲得最大的能源效率。據計算,反物質發動機的單位產量,是常規燃料的億兆倍/核能的千百倍,所以,反物質驅動,一直是人們夢寐以求的神級推進技術。

但由于目前人為制造反物質的方式,只能依靠加速粒子打擊固定靶產生反粒子,再減速合成。

這一過程所需要的能量遠大于湮滅作用所放出的能量,而且生成反物質的速率極低,因此尚不具有經濟價值。此外,反物質與物質相遇會發生湮滅,保存上也是一大問題。

不過,反物質發動機從未中斷過研發,最近曾任職于費米實驗室的美國物理學家拉爾德·杰克遜,發明一種反沖式起動機正在測試反物質推進器。

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除此之外,還有一些科研人員正在研究更為科幻的飛船推進技術,比如空間曲率驅動飛船。

就像《星際迷航》里的曲速引擎Warp drive、《三體》里的曲率引擎那樣,這種飛船通過讓前方空間收縮而后方空間擴張的方式,極速移動。看起來太玄,但理論上可行,因為完全遵守愛因斯坦場方程建立起的一套時空度規。

以上這些堪稱科幻級的神技術,不管哪一種一旦獲得突破性成功,會意味著什么呢?

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以我本人的理解,這將會帶來人類文明的第二次文藝復興,人類社會的徹底飛躍。

因為從近到眼前——全球能源問題,遠到未來——太空移民和星際殖民,本質上都需要一場徹底的能源革命,只有根本性升級現有能源技術、宇航動力技術才能現實,而搭載未來技術的這些飛船,正是人類最有希望夠得著的尖端科技。

大家覺得是哪一種飛船最適合人類呢?

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