导航菜单

想实现光速旅行,这些方法都没戏

科学家们也一直在寻找更有效的旅行方式空甚至打开他们的大脑,想出以光速旅行的想法。 然而,以目前可预见的技术手段,人类不可能以光速旅行或在恒星间导航。

傅逸飞,本报记者,

许多科幻迷梦想去其他星球看一看,玩玩,甚至干脆住下来。 科学家们也在为未雨绸缪,为人类寻找“第二个家园”。 从火星和半人马座到开普勒452B,他们的眼睛越来越远。

然而,真正的问题是,即使我们找到一个合适的类地行星,我们也不能去那里。 恐怕不仅太空技术面临考验,人类的寿命也面临考验。 以电影《《阿凡达》》中半人马星球上虚构的潘多拉星球为例,即使它是根据阿波罗2号(约25万公里每小时)设定的速度记录计算出来的,也要花近2万年的时间才能到达4.4光年以外的这颗星球

为了实现他们的梦想,科学家们也一直在寻找更有效的旅行方式空甚至打开大脑想出各种以光速旅行的想法。 然而,中国航天科技股份有限公司第二研究院研究员杨玉光对《科学日报》表示:“以目前可预见的技术手段,除非人类对基础物理的认知有质的飞跃,否则人类不可能以光速旅行或进行星际旅行。” “

以光速旅行的想法缺乏物理支持

最近,美国宇航局工程师大卫?伯恩斯提出了具有近光速粒子加速度相关性的螺旋发动机的概念。 他声称发动机在没有任何燃料的情况下可以达到光速的99%。 这个概念已经发布在美国宇航局的技术报告服务器上

然而,一些专家认为这个想法可能没有物理定律的支持。

伯恩斯的发动机原理并不复杂 盒子有杆,杆上套有环。盒子里的弹簧推动环,滑向头部,反弹回来形成振荡。这种效果会使盒子前后摆动。 伯恩斯认为,如果环滑动时质量增加,盒子的一端会比另一端重,从而加快进度 如何实现这种加速?伯恩斯认为狭义相对论提出了一个解决方案,即让物质以接近光速的速度运动,这样质量就会增加。 他设想用粒子加速器代替环,粒子在一个冲程中快速加速到相对论速度,在下一个冲程中快速减速。 在这种情况下,粒子加速器可以被设计成以螺旋形状水平和圆周地移动,而不是盒子和杆,从而达到加速的目的。 只要你坚持不懈,你最终会使发动机的速度接近光速。

然而,这种加速方法效率极低。165兆瓦电能产生的力仅仅和我们敲击键盘的力差不多。 更令人尴尬的是,发动机需要在完全无摩擦的环境中运行。一点摩擦就足以抵消微弱的推力,但所有惯性系统都无法获得完全无摩擦的工作环境。

人类一直追求光速 1953年,奥地利科学家尤金?桑格提出了光子火箭的想法

根据齐奥尔科夫斯基的公式,火箭速度与发动机的喷射速度成正比。 那么,如果喷气式飞机能达到光速,火箭能不以光速飞行吗?

但直到今天,光子火箭仍处于探索阶段。 除了生产大量反质子所消耗的能量和用于确保光子源获得足够光压力的高温之外,系统的物理原理也遇到了瓶颈。 杨玉光说柴可夫斯基公式原本是一种自然对数形式,但当喷射速度接近光速时,它就变成了双曲正切函数形式。 简而言之,即使喷射速度能达到光速,火箭的加速效率仍然很低,要加速到光速也极其困难。

也有人提出了更强有力的想法空,例如通过曲率驱动发动机,缩小前部空和扩大后部空以打破航天器的速度限制。 “科幻小说 "

近年来,一些科学家发现曲率引擎似乎没有想象的那么难,并开始尝试将科幻变为现实。 然而,杨玉光说曲率引擎的原理是在空之间折叠,所需能量达到黑洞的数量级。 “自从文明出现以来,人类收集的所有能量都不足以支持宇宙飞船的改变能力空,而且它还要差许多个数量级 他说,“目前,这个想法在工程上是不可能实现的。” “

各种高速飞行方案仍在探索之中。

由于以光速旅行的梦想遥不可及,一些科学家决定退而求其次,希望找到一种更实用的高速飞行模式。 例如,2017年,斯蒂芬?霍金提出了一个基于激光推进原理的“突破性卫星拍摄”计划。

该计划的目标是距地球4.2光年的比邻星。 霍金建议,他希望开发出1000个大小几厘米、功能齐全的探测器,在地球上建立激光阵列,用超强光束将它们加速到光速的五分之一,这样它们就可以在20年内到达比邻星(proxima centauri),并返回相关信息。

该计划也不乐观。 行星科学专家、中国科学院国家天文台研究员郑永春曾告诉《科学日报》,激光推进需要在地面建立强大的激光源来持续跟踪和照射飞机。但是激光源怎么能瞄准这么远的这么小的飞机呢?此外,光能与距离的平方成反比,当飞机离地球越来越远时,激光提供的动能将迅速衰减。 这些都是难题。

杨玉光认为“冲破星空”的工程根本无法在工程中实现。 他说,要使一架飞机加速到每秒几克到60,000公里,所需的能量相当于大约400吨梯恩梯 同时,应该考虑到激光器的工作距离是有限的,最好能达到100万公里,这就要求加速过程在很短的时间内完成,这是目前任何材料都无法承受的。 与此同时,该计划还面临轨道测量和信号传输等困难。

除了利用地球上的能量,科学家们把目光转向了宇宙的“外援”,。太阳正在成为科学家们希望的空间驱动力之一。 俄罗斯萨马拉大学(Samara University)近日发布消息称,其专家正在研究一种太阳帆航天器,该航天器可以在太阳压力的帮助下快速移动,速度是目前最快的人类探测器速度的10倍以上。 记者了解到,由美国太平洋空组织的“行星学会”此前已经发射了广发2号飞船进行技术验证,中国也正在开展相关技术研究。

杨玉光说,这项技术使用巨大的光帆将极轻的航天器加速到每秒数百公里的数量级,但它对载人航天器或大型探测器无能为力。 同时,探测器离太阳越远,它获得的能量就越弱。 因此,太阳帆航天器只能用于太阳系附近的无人探测任务。

在未来各种空间技术场景中,人们经常津津有味地谈论泰空电梯。 泰空电梯有几种形式。在赤道附近设置一部“电梯”前往地球静止轨道空站更为实际,以便实现快速便捷的天地往返。

庞志浩说,目前人类航天活动中最艰巨的任务是从地面发射到太空轨道,这将耗费大量资金和燃料。 然而,泰空电梯可以帮助人们跳过这个阶段,从更高的起点开始。

然而,泰空电梯毕竟只能解决“启动”问题,如果要更快地完成,“马拉松”的其余部分将不得不依靠其他航空航天动力技术。 这不会很快发生。 庞志浩表示,泰空电梯中使用的“电缆”的强度应该是钢的几十倍,质量超轻,成本可以接受。 目前,唯一合格的材料是碳纳米管。许多国家都在解决关键问题,但离工程应用还很远。 根据行业预测,太原空电梯的相关技术有望在本世纪取得突破。

核动力火箭无法完成星际航行

由于上述想法都无法在短期内实现,让我们暂时回顾一下目前主流的火箭空间动力形式。

庞志浩说,常规化学动力火箭在推力和速度方面基本达到瓶颈,很难再有任何突破。 然而,科学家们正在研究各种新型动力火箭,包括核能、电力推进、电磁驱动等。

庞志浩说,由前美籍华人宇航员张福林创建的公司正在设计一种“可变比冲磁等离子体火箭” 据说这种核动力火箭仅用了一个多月就飞到了火星,但相关技术仍处于研究阶段。

美国和俄罗斯正在共同开发核动力火箭,其时速可达8万公里,而传统火箭的时速为2万公里,从而将火星旅行时间缩短至两个月。 然而,该计划也面临许多技术难题,并且有一个严重的副作用核能辐射,相当于允许宇航员每天拍8张x光片。 与核能相匹配的反辐射措施尚未采取。

在动力学中,“比冲”是反映发动机工作性能和推进剂能量特性的主要技术指标,单位为牛秒/千克或秒。 杨玉光表示,目前,常温化学燃料火箭发动机的比冲通常超过300秒,氢氧发动机的比冲约为450秒,电推进火箭发动机的比冲最大可达10,000秒。 如果人类能够掌握可控核聚变技术,使火箭发动机能够获得极高功率的能源,预计比冲将增加10倍。 “如果达到这个水平,人类将能够在太阳系自由航行 ”他说,“但是对于星际旅行来说,还是差了几个数量级,还是做不到 "