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盘点未来星际飞行的十项新技术【图】

作者:admin · 发布时间:2019-12-12 08:33:07

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导读:1961 年,苏联宇航员尤里·加加林成为人类进入太空第一人。8年以后,美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和巴茨·奥尔德林成功地登上了月球的表面。这是至今为止人类所 到过的最远距离。除了经济预算和政治意愿等问题以外,主要的障碍是目前的化学燃料火箭无法用于长距离的深空飞行。虽然已经可以把机器人探测器送往太阳系外 行星,但它们需要几年时间才能到达那里。下面就和趣闻解密小编去了解一下吧。

  离子推进器

  常规火箭是通过尾部喷出高速的热气体来产生推力的。离子推进器采用相同的原理,但与喷射高温气体不同,它所喷出的是一束带电粒子或离子。离子推 进器产生的推力虽然比较小,但关键的一点是,产生相同的推力所需的燃料,离子推进器要比常规火箭少得多。只要离子推进器能够长期稳定地工作,最终也能够把 飞行器加速到极高的速度。目前一些航天器已经使用了离子推进器,例如日本的“隼鸟” 号小行星探测器和欧洲航天局的SMART-1月球探测器,而且这一技术也正在逐步地完善。

  核脉冲推进技术

  这种技术的基本思想是:在推进火箭的尾部定期扔出一个核弹,用作推动力的来源。美国国防部高级研究计划局(DARPA)曾经于1955年在代号 为“猎户座计划”的项目中认真地研究了核脉冲推进,其目的是设计出一种快速的星际旅行方案。即使按照今天的标准来看,DARPA的设计也非常“巨大”,它 需要建造一个很大的减震器,外加一个用于保护乘客的辐射防护罩。这种方案看起来可行,但它可能会对大气层造成严重的辐射问题。当首批核试验禁令颁布以后, 这一计划最终于20世纪60年代被取消。

  核聚变动力火箭

  除了核脉冲推进,还有其他依靠核能的推进技术。例如,在火箭上安装一个裂变反应堆,利用其产生的热量来喷射气体提供推力,这就是核裂变动力火 箭。但是就威力而言,核裂变动力火箭根本无法和核聚变动力火箭相比。在核聚变反应中,核子被迫进行聚合从而产生巨大的能量。大多数的核聚变反应堆都是利用 被称为“托卡马克”的装置,将燃料限制在一个磁场之中来驱动聚变反应的。但是,托卡马克装置极为笨重,并不适用于火箭。因此,核聚变动力火箭必须采用另一 种触发聚变的方法,即惯性约束核聚变。这种设计以高功率能量束(通常是激光)来取代托卡马克装置中的磁场,通过剧烈引爆小颗粒燃料导致外层爆炸,进而推动 内层物质触发核聚变。


  巴萨德冲压式喷气发动机

  所有的火箭,包括核聚变动力火箭,都存在一个相同的关键难题:为了获得更高的加速度,就必须携带更多的燃料,这就会使火箭变得更重,最终又降低 了加速度。因此,如果真想进行星际旅行,就应该避免携带任何燃料。1960年美国物理学家罗伯特?巴萨德提出的冲压式喷气发动机,或许可以解决这一难题。 它的原理和上述核聚变动力火箭一样,但是它并不需要携带核燃料,它首先是将周围太空中的氢物质进行电离,然后利用强大的磁场吸收这些氢离子作为燃料。虽然 冲压式喷气发动机没有上述核聚变动力火箭中的反应堆问题,但是它所面临的是磁场大小的问题。由于星际空间中氢物质很少,因此它的磁场必须要足够大才行,甚 至要延伸到数百乃至数千公里之外。

  太阳帆

  这是另一项不需要携带足够燃料并且可以达到极高速度的技术,不过它需要一个时间过程。正如传统的利用地球大气层中风能的风帆,太阳帆汲取的是太阳光 中的能量。太阳帆推进技术已经在地球上的真空室中成功地进行了测试,但在太空轨道上的测试却遭到不幸。例如,2005年,总部设在加利福尼亚州帕萨迪纳的 美国行星协会订制的世界第一艘太阳帆飞船“宇宙1号”,因为火箭推进器出现故障而发射失败。尽管在初期出现了各种问题,但是太阳帆仍然是一个非常有前途的 未来太空技术,至少它可以保证在太阳系内飞行,太阳的光线可以为它提供最强大的推进力。

  磁场帆

  磁场帆是太阳帆的一个“变种”。与太阳帆不同的是,磁场帆是由太阳风提供推动力,而不是由太阳光提供推动力。太阳风是一种拥有自己磁场的带电粒 子流。科学家的一种想法是,在太空飞船周围制造一个与太阳风磁场相排斥的磁场,这样就可利用磁场的排斥力推动飞船飞行。另一个变种是“太空蜘蛛网”,这种 技术就是在太空飞船周围延伸出一个带正电的电网,这样的电网可以与太阳风中的大量的正离子相排斥,从而获得推进力。磁场帆或者类似的技术还可以利用行星的 磁场来使飞船改变自身的轨道,甚至驶离行星际空间。然而,太阳帆和磁场帆都不适合星际旅行。当它们远离太阳的时候,阳光和太阳风的强度就会急剧下降,因此 它们无法达到飞往其他恒星所必需的速度。


  能量束推进技术

  如果太阳没有足够的能量来推动真正的高速星际飞船,那么也许可以通过向飞船发射能量束来做到这一点。这项技术之一就是激光烧蚀,即利用从地面上 发射出的强大的激光来烧蚀飞船尾部的特殊金属,金属逐渐蒸发形成蒸汽,从而提供推进力。另一种相似的技术就是由美国物理学家和科幻小说家格雷戈里?本福德 提出的,为飞船装配涂有特殊涂料的太阳帆。从地球上发出的微波束可以蒸发这些涂料,从而产生推力。这可以加快星际旅行的速度。进行星际旅行,最好的方法可 能是使用激光来推动光帆。

  时空扭曲技术

  1994年,英国威尔士卡迪夫大学物理学家米格尔?阿尔库比雷首次提出了类似《星际迷航》中的时空扭曲技术。这一技术将使用尚未被发现的、具有 负质量和负压力的“奇异物质”。它可以扭曲时空,从而使飞船快速接近前方的空间,而后方的空间在不断扩张。飞船就好像处于一个不断膨胀的“弯曲泡”中,可 以飞得比光速快,而且不会违背相对论的原理。然而,这种技术存在许多问题。首先,为了维持这种时空扭曲,需要巨大的能量,这种能量或许会比整个宇宙的全部 能量都要大。其次,它会产生大量威胁宇航员生命的辐射。另外,也没有证据表明存在这样一种特殊的物质。


  虫洞利用技术

  自从爱因斯坦的广义相对论被广泛接受以来,人们已经从理论上证明虫洞可能存在。“虫洞”这个概念是创造了 “黑洞”一词的美国着名物理学家约翰?惠勒提出的,意思是宇宙中可能存在连接两个不同时空的狭窄隧道。关键的问题是,虫洞确实存在吗?如果存在,我们是否 能够从中穿过?遗憾的是,这两个问题的答案很可能都是“不”。如果虫洞要存在,就必须要由上文中阿尔库比雷所提出的“奇异物质”来稳定,但是目前还没有发 现这样的物质。另外,虽然可以用特殊的负能量场来维持虫洞处于张开的状态,但进入虫洞的任何物质或者能量都会立即使它关闭。

  多维空间技术

  通常能够看到的宇宙空间是三维的。德国物理学家布克哈德?海姆提出,如果宇宙存在更多的空间维度,飞船则可以穿行其中,实现极端速度。不过布克哈德?海姆的这一想法在很大程度上是不可理解的,也从来没有得到过同行们的认可。

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