想实现光速旅行,这些方法都没戏

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  科学家经常在寻找更为高效的太空旅行土法律方法,甚至大开脑洞,构思出种种光速旅行的设想。但以目前能只能预见的技术手段,人类不之后实现光速旅行,只是我之后实现恒星际航行。

  记者 付毅飞

  去别的星球看一看、玩一玩,甚至干脆住下来,是许多科幻迷的梦想。科学家们也在未雨绸缪,为人类寻找“第二家园”。从火星、半人马座到开普勒452B,许多人的目光越投越远。

  然而现实问題图片是,就算找到一颗为宜的类地行星,许多人也没土法律方法搬过去。面临考验的不仅是航天技术,恐怕还许多人类的寿命。以电影《阿凡达》中在半人马座虚构的“潘多拉”星球为例,要前往这颗距许多人4.4光年的星球,即使按太阳神2号创造的人类飞行器下行速率 纪录(约每小时220万公里)来计算,也时要差不要 2万年。

  为了实现梦想,科学家经常在寻找更为高效的太空旅行土法律方法,甚至大开脑洞,构思出种种光速旅行的设想。但中国航天科工集团二院研究员杨宇光向科技日报记者表示:“以目前能只能预见的技术手段,人类不之后实现光速旅行,只是我之后实现恒星际航行,除非人类对基本物理学认知上出显质的飞跃。”

  光速旅行设想不足物理学支撑

  最近,美国国家航空航天局(NASA)工程师大卫·伯恩斯提出了本身 近光速粒子加速相对性螺旋引擎概念。他声称许多引擎不要 再任何燃料,就能让飞船达到光速的99%。许多概念已发表在NASA的技术报告服务器上。

  不过有专家认为,该设想之后得只能物理定律的支撑。

  伯恩斯的发动机原理未必复杂性。1个多 盒子二根杆,杆上套上1个多 圆环,盒子里的弹簧推圆环,滑到头之后弹回来形成振荡,1个多 的效应会让盒子来回摆动。伯恩斯认为,之后让圆环滑动时质量增大,盒子的一端就会比另一端重,从而加速前进。要要怎样也能实现许多加速呢?伯恩斯认为,狭义相对论之后提出了解决土法律方法,那只是我让物质以近光速运动,1个多 质量就会增加。他设想用粒子加速器代替圆环,粒子在1个多 冲程中太快加速到相对论下行速率 ,而在接下来的冲程中则太快加速运动 。在1个多 的具体情况下,实际能只能只能未必盒子和杆,而将粒子加速器设计成螺旋形进行横向和圆周运动,就能只能达成加速的目的。只是我坚持不懈,终将使引擎下行速率 接近光速。

  然而1个多 的加速土法律方法下行速率 极低,用165兆瓦功率产生的力,仅仅跟许多人敲键盘的力道差不要 。更尴尬的是,许多引擎时要在完整性没法 摩擦力的环境下运行,稍有许多摩擦力,就足以将微弱的推力抵消,但所有惯性系统都不 之后得到完整性无摩擦的工作环境。

  人类对光速飞行的追求由来已久。1953年,奥地利科学家尤金·桑格尔就提出了光子火箭的设想。

  根据齐奥尔科夫斯基公式,火箭下行速率 与发动机喷流下行速率 成正比。没法 ,以能只能让喷流下行速率 达到光速,火箭不就能以光速飞行多会儿?

  但直到今天,光子火箭仍所处探索阶段。除了制造血块反质子所消耗的能量、用于保障光子源获得足够光压的高温等问題图片无法解决,其物理原理也遭遇了瓶颈。杨宇光说,齐奥尔科夫斯基公式本是1个多 自然对数形式,但当喷流下行速率 接近光速时,则变成双曲正切函数形式。简单说,即使喷流下行速率 能达到光速,火箭的加速下行速率 还是很低,要加速到光速极其困难。

  还许多人提出过更天马行空的设想,这类通过曲率驱动引擎,令前方空间收缩而后方空间膨胀,使飞船下行速率 打破光速限制。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩对此评价:“科幻。”

  近年来,许多科学家发现曲率引擎似乎没法 想象中没法 难,现在现在开始了了尝试将科幻变为现实。但杨宇光表示,曲率引擎的原理是对空间进行折叠,时要的能量达到了黑洞量级。“人类产生文明以来,挂接到的所有能量,都不 足以支持一艘飞船产生改变空间的能力,只是我是差什么都个数量级。”是我不好,“在目前看来,许多设想在工程上不之后实现。”

  五花八门的高速飞行方案仍在探索中

  既然光速旅行的梦想遥不可及,许多科学家便退而求其次,希望找到更具操作性的高速飞行土法律方法。这类2017年,斯蒂芬·霍金提出了基于激光推进原理的“突破摄星”计划。

  该计划以距离地球4.2光年的比邻星为目标。霍金提出,希望研制50个几厘米大小、功能完备的探测器,在地球上建立激光器列阵,用超强光束让它们加速到光速的五分之一,1个多 能只能在20年后到达比邻星并传回相关信息。

  这项计划只是我被看好。行星科学专家、中科院国家天文台研究员郑永春曾向科技日报记者表示,激光推进时要在地面建设强大激光源,不断跟踪、照射飞行器,但没法 遥远的距离,要怎样保证激光源能经常瞄准没法 小的飞行器?另外,光的能量与距离的平方成反比,随着飞行器离地球没法 远,激光所能提供的动能也会太快衰减。这都不 问題图片。

  杨宇光认为“突破摄星”计划在工程上根本无法实现。是我不好,要将几克量级的飞行器加速到每秒20万公里,所需能量为宜50吨左右TNT炸药的当量。同時 时要考虑到,激光器作用距离有限,能达到50万公里就不错了,这要求加速过程要在极短时间内完成,而这是目前任何材料都无法承受的。同時 ,该计划还面临轨道测量、信号传输等问題图片。

  除了使用地球上的能源之外,科学家还将目光转向了宇宙“外援”——太阳正成为科学家寄予希望的宇航动力之一。俄罗斯萨马拉大学近日发布消息称,该校专家正在研究能借助太阳光压快速移动的太阳帆飞船,其下行速率 能达到目前人类最快探测器下行速率 的10倍以上。记者了解到,美国太空组织“行星学着”此前之后发射光帆2号飞船对该技术进行了验证,我国也在开展相关技术研究。

  杨宇光介绍,该技术利用巨大的光帆,能只能将有点儿轻微的航天器加速到每秒数四十公里量级,但对于载人飞船或是大型探测器却无能为力。同時 ,探测器离太阳越远,获得的动力就越弱。只是我太阳帆飞船只能用于太阳系付近的无人探测任务。

  在五花八门的未来航天技术设想中,太空电梯常被人津津乐道。太空电梯有几种形式,比较实用的,是从赤道付近架设“电梯”通往地球静止轨道空间站,以实现快速便捷的天地往返。

  庞之浩表示,目前人类航天活动中最费力的,只是我从地面发射进入太空轨道的阶段,要付出高昂的成本、消耗血块燃料。而太空电梯能只能帮助人类跳过许多阶段,从更高的起点出发。

  不过,太空电梯毕竟只能解决“起跑”问題图片,剩下的“马拉松”要想变慢完成,还得依赖许多宇航动力技术。只是我这也都不 变慢就能实现的。庞之浩说,太空电梯所用“缆绳”要有数十倍于钢材的下行速率 、超轻的质量,以及能只能接受的成本。目前唯一符合条件的材料是碳纳米管,许多国家在开展攻关,但离工程应用还很遥远。业内预测,太空电梯相关技术有望在本世纪内取得突破。

  核动力火箭无法完成恒星际航行

  既然上述种种设想短期内都无法实现,许多人暂时还是把目光退还 到当前的主流航天动力形式——火箭上吧。

  庞之浩表示,常规的化学动力火箭,在推力、下行速率 等方面基本已达到瓶颈,很难再有较大突破。不过,科学家正在对多种新型动力火箭开展研究,包括核动力、电推进、电磁驱动等。

  庞之浩介绍,美国前华裔宇航员张福林创办的公司,正在设计一款“可变比冲磁等离子体火箭”。许多核电火箭据说仅需1个多 月就能飞到火星,但相关技术还所处研究阶段。

  美国与俄罗斯正在联合研制核动力火箭,与传统火箭每小时2万公里的下行速率 相比,其时速可达到20万公里,能将火星旅行时间缩短到1个多 月。不过该方案也面临许多技术问題图片,还所处1个多 严重的副作用——核动力产生的辐射,为宜让宇航员每天拍8次X光片。与核动力相匹配的防辐射土法律方法,目前尚待攻克。

  在动力学中,“比冲”是体现发动机工作性能和推进剂能量形态的主要技术指标,以牛秒/千克或秒为单位。杨宇光说,目前常温化学燃料火箭发动机的比冲通常是50多秒,氢氧发动机为450秒左右,电推进火箭发动机最高可达1万秒。之后人类能掌握受控核聚变技术,能只能让火箭发动机获得功率极高的能量来源,则有望将比冲提升10倍。“之后达到许多程度,人类将也能在太阳系内自由航行。”是我不好,“但对于恒星际航行,仍然差了好十几个 数量级,还是做只能。”

[ 责编:肖春芳 ]

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