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星际旅行可能吗 星际旅行有哪些技术可以实现

编辑:zhf 时间:2019-12-12 21:34:25 浏览量:

星际旅行一直是人类梦寐以求的事情,但是大家都知道,现有的技术和科技实力还不足以实现星际旅行,毕竟人类目前最快的速度也只是第三宇宙速度,想要去离人类最近的半人马座比邻星以光速都需要4.2年,更何况是人类的化学推进剂的飞船,那岂不是要飞上万年,下面给大家分享星际旅行有哪些技术可以实现。

每当我们形容某些事物速度极快的时候,往往都会拿火箭来比喻——XXX就跟火箭速度一样……

事实上,一般运载火箭入轨速度为7.6公里/秒,最高可达10.8公里/秒,

这一速度至少是高尔夫球开杆速度的126倍,

至少是出膛子弹速度的7倍,

至少是人类最快飞机北美X-15火箭动力飞机的3.7倍……但跟光速相比,却慢如龟行。两者竟然相差4万倍!

毕竟人类面对的常常是以光年为跨度的宇宙尺度。

要知道人类在太空中的活动空间是多么渺小。

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作为目前飞得最远的人类飞行器——旅行者1号,就在今年8月26日距离我们地球139AU,也就是2.08 × 10^10公里,但跟一光年(946× 10^10公里)相比起来,只有1/473!

要知道旅行者1号可是已经整整飞行了39年+11月+21天!

所以呢,突破现有人造飞行器速度,可以说是N代人追求的梦想。

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正如宇航动力学专家论断的那样,目前化学动力火箭差不多要被榨干了,速度也几乎要到头了,唯有跳出现有化学动力推进,才能实现科幻级的宇航速度。

以下我们就来盘点一下,比较接近现实、比较靠谱的几种未来星际飞船,及其背后的超级推进技术。

热核动力飞船 THERMONUCLEAR PROPULSION

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热核动力宇宙飞船的概念,早在1973年就已开始被全世界最老牌的太空探索研究机构——英国星际学会,正式立项研究。

推进原理其实跟我们太阳燃烧差不多,都是利用热核聚变产生巨能。

热核动力的关键就在于可控核聚变技术,目前主要有三种:超声波核聚变、激光约束(惯性约束)核聚变、磁约束核聚变(托卡马克式)。

激光约束和磁约束是主要方向,美国能源部侧重激光约束来研制核聚变。

而中国、欧盟、美国、日本、俄罗斯等联手投资160亿欧元,创建全球最大实验性磁约束核聚变反应堆ITER,主攻磁约束,预计2019年组装完成。

根据英国星际学会的研究报告推算,人类一旦掌握热核动力推进技术,宇宙飞船将会达到每秒1万公里以上的宇航速度,这是光速的1/30,从而达到近光速。

激光飞船 LASER PLASMA PROPULSION

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激光飞船,又称脉冲激光推进宇宙飞船,就是采用快速重复的高能脉冲激光束来加热推进剂,也就是说工作介质不是被稳定地加热,而是产生一系列巨大的脉冲爆炸波。

当推进剂流动到激光聚焦区域时,会迅速升温,发生电离,成为高温等离子体迅速膨胀,形成激光支持的爆炸波,然后爆炸波从超音速喷管中喷出产生推力。

据悉,激光飞船技术一旦成熟后,其速度理论值约为光速1%,即每秒3000公里。

这一技术早在20世纪70年代美苏开始研发。最新突破是在2000年,美国光船技术公司将直径为12.2厘米、重50克的激光飞船原型机发射到71米高度,飞行12.7秒。

这是迄今为止飞行时间最长、飞行高度最高、飞船重量最重的激光飞船记录,意义相当于当年莱特兄弟第一次驾驶飞机飞上蓝天。

光帆 LIGHTSAIL

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也叫太阳帆,采用巨大的薄膜镜片,以太阳光的辐射压作为飞船推进力。

光帆的概念最早是由德国天文学家开普勒在17世纪提出的。

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2010年,日本发射了测试版宇宙探测器IKAROS。IKAROS全称「依靠太阳辐射加速的星际风筝」(也指希腊神话悲剧人物伊卡洛斯,使用蜡制飞行翼飞向太阳,结果落水丧生),由日本宇航研究开发机构JAXA开发,是世界第一个以太阳帆为动力的探测器。

英国星际学会研发的LightSail 2光帆2号,预计2019年由SpaceX发射到太空进行测试。

星际气体冲压动力飞船 BUSSARD RAMJET

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又称巴萨德冲压动力飞船,是1960年代美国物理学家巴萨德构想出来的一种未来宇航推进技术。这种推进器是一种核聚变冲压发动机,利用巨大的电磁场(上万平方公里)作为漏斗,收集、压缩星际物质中的氢(因为构成宇宙普通物质75%都是氢),直到足以发生核聚变,从而透过反作用力推进飞船前进。

根据巴萨德推导得出,这种星际气体冲压动力飞船的最大推进速度不会超过100公里/秒。尽管飞行速度并不快,但续航能力超长超赞,所以适合恒星际飞行。

电磁驱动飞船 EmDrive

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电磁驱动原理,1999年最早由英国工程师罗杰·索耶提出。

电磁驱动的原理是这样子的:在一个没有尖顶的锥形腔体内,通过太阳能供电产生大量电磁微波,在锥形腔体里形成高密度地来回反射,利用锥形腔体两端粗细不等形成的推力差,由此产生巨大推力,进而推进飞行器飞行。这相当于在封闭容器里产生推进力,却不需要任何化学燃料推进剂,学名无工质驱动。

据称,就在2016年12月10日,中国空间技术研究院公布了一项令人热血沸腾的科研成果:电磁驱动技术已在天宫二号里成功测试,这就意味着这项神驱动技术的原理验证不仅可行可靠,而且将尽快研发,首先实际应用在卫星推进驱动上。

要知道这一技术NASA已经研发了10年,跟NASA进行电磁驱动技术绑定的美国Cannae Drive公司,计划要等到2019年发射一颗6U立方体卫星,才能进行太空验证。中国在此很可能领先于美国技术,率先制造出神级发动机——电磁驱动宇航推进器。

反物质飞船 ANTIMATTER

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物质与反物质相遇发生湮灭,质量可以完全转换成能量,从而获得最大的能源效率。据计算,反物质发动机的单位产量,是常规燃料的亿兆倍/核能的千百倍,所以,反物质驱动,一直是人们梦寐以求的神级推进技术。

但由于目前人为制造反物质的方式,只能依靠加速粒子打击固定靶产生反粒子,再减速合成。

这一过程所需要的能量远大于湮灭作用所放出的能量,而且生成反物质的速率极低,因此尚不具有经济价值。此外,反物质与物质相遇会发生湮灭,保存上也是一大问题。

不过,反物质发动机从未中断过研发,最近曾任职于费米实验室的美国物理学家拉尔德·杰克逊,发明一种反冲式起动机正在测试反物质推进器。

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除此之外,还有一些科研人员正在研究更为科幻的飞船推进技术,比如空间曲率驱动飞船。

就像《星际迷航》里的曲速引擎Warp drive、《三体》里的曲率引擎那样,这种飞船通过让前方空间收缩而后方空间扩张的方式,极速移动。看起来太玄,但理论上可行,因为完全遵守爱因斯坦场方程建立起的一套时空度规。

以上这些堪称科幻级的神技术,不管哪一种一旦获得突破性成功,会意味着什么呢?

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以我本人的理解,这将会带来人类文明的第二次文艺复兴,人类社会的彻底飞跃。

因为从近到眼前——全球能源问题,远到未来——太空移民和星际殖民,本质上都需要一场彻底的能源革命,只有根本性升级现有能源技术、宇航动力技术才能现实,而搭载未来技术的这些飞船,正是人类最有希望够得着的尖端科技。

大家觉得是哪一种飞船最适合人类呢?

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