正文
星际航行最大的阻碍是什么我们有办法克服吗
星际航行的现状
现阶段航天中使用的化学火箭发动机、核火箭发动机和电火箭发动机的喷气速度只有光速的几万分之一。设想中的有可能用于未来恒星际航行的推进系统的有:①脉动式核聚变发动机:把核燃料做成很多细小的颗粒──“微型氢弹”,用激光或粒子束加热到极高温度,引起微型氢弹爆炸,产生冲击波和粒子流,使其向一定方向喷射,产生反作用推力。逐个点燃“微型氢弹”可获得脉动式的持续推力。②星际冲压式发动机:在恒星际航天器前面装一个巨大的收集器,在航行中不断吸入星际空间的氢,利用氢的同位素氘为核聚变发动机提供燃料。但是这样的收集器据计算直径将达到数千公里。有人设想在航天器前面造成一个大范围的人工磁场,形成无形的收集器,用磁力线捕获星际空间的氢离子。③光子火箭发动机:根据著名的爱因斯坦质能公式:能量=质量×光速^2,利用物质和反物质相互作用,其质量全部湮灭而转化为光能。使质子与反质子在发动机中进行反应产生光子流,光子流以光的速度从火箭喷管喷出,产生反作用力,推动火箭前进,这就是光子火箭原理。光子火箭的设想早在1953年就提出来了,但是反物质的产生、贮存和使用,发动机的设计和控制,以及大面积反射镜的制造都不是短时期内所能解决的问题。根据爱因斯坦的狭义相对论(另一部著作为广义相对论),在以接近光速飞行的航天器上,时间的进程远比地球上慢,这个效应称为时间延缓效应。设T是航天器上的时间,Te是地球上的时间,V是航天器的速度,C是光速,则有关系式:例如:当V=0.9C时,T=0.436Te;当V=0.9999995C时,按照这个效应航天器上的时间仅为地球上时间的千分之一。这样一来就有可能在人的寿命期限内完成一次往返遥远恒星天体的恒星际航行。(但是,霍金认为物体速度越快,本身质量越大。当速度接近光速时,质量会大的惊人。)
现实、科幻,我们离星际航行时代还有多远
宇宙的浩瀚不仅给我们带来乐趣,同时也给我们探索它带来巨大挑战。星际太空探险,哪怕是去最近的恒星,真的可能吗?宇宙的浩瀚不仅给我们带来乐趣,同时也给我们探索它带来巨大挑战。以人类探测器现有的速度,穿越那些极其遥远的距离将需要花费很长时间。
迄今人类探测器能抵达的最远地方是太阳系之外。目前,最遥远的人造卫星是1977年为研究气候、磁场及木星、土星光环而发射的旅行者1号探测器,距太阳大约12.5亿英里。
即使飞船以每小时38,000英里的速度飞速逃离太阳系(大约是光速的0.0057%),旅行者1号探测器仍将与深空网络保持通讯直至大约2025年其核能耗尽时为止。紧随其后的先驱者10号和旅行者2号飞船也在各自的逃逸轨道上。
人类持续发射探测器为我们带来遥远邻近星球的信息。2015年7月,新视野号探测器第一次传回冥王星的详尽图片。查阅记录,2015年7月朱诺宇宙飞船经历5年飞行到达木星以探测其起源和进化。尽管距木星最近距离仍有365万英里之遥,但仍然是一项非常了不起的壮举,太阳系各行星间的距离与我们离太阳之外最近恒星的距离相比是微乎其微的。
半人马座阿尔法星系是离我们最近的星系,距离地球4.4光年之遥(超过25万亿英里或是地球与木星间距离的7万倍)。因此,即使以比目前宇宙飞船速度显著提高的光速飞行,探测器需要四年才能到达半人马座阿尔法星的三星系统。如果以我们宇宙飞船的通常速度飞行,或大约17,600英里/小时的速度,则需要16.2万年才能达到我们最近的星系。即使以新视野号的高速度飞行,飞船(需9.5年到达冥王星)也将需要7.5万年才能完成飞行。因此,我们真的有希望将宇宙飞船发射到那儿吗?
星际航行最大的阻碍是什么我们有办法克服吗
星际航行最大的阻碍是什么?我们有办法克服吗?人类要实现太空旅行,必须要解决三个问题:突破目前的宇航速递;首先,这里所说的太空旅行,可以指上到太空的近地轨道,或者到达月球,这种技术目前人类已经具备,只是成本太高,目前还没能实现。但马斯克的太空探索公司已经实现了火箭回收技术,大大降低了发射成本。同时这两年,还有很多很多企业在布局太空探索领域,不仅是科学家,资本家也在投入,可以想象,再过二三十年,人类将迎来一个大航天时代,但这个时代,我的理解是狭义上的航天。我理解的太空旅行,应当是超越太阳系的。
要实现超越太阳系的太空旅行,宇航速递是第一个需要突破的。距离太阳最近的恒星比邻星(也就是《三体》里的那个星系)距离我们也有4.2光年(1光年=9.4万亿千米),由于引力的关系,航天器要脱离太阳引力飞出太阳系,必须要达到第三宇宙速度,也就是16.7公里每秒。但目前,人类航天器还未达到这个速度。顶顶大名的旅行者1号探测器,也是经过各种巧妙的运行轨道,利用行星引力实现加速,但也花了几十年才离开太阳系,更是需要5000年,才能飞出1光年的距离。
目前人类的宇航技术,勉勉强强可以实现行星级的旅行(也就是同一星系内行星之间的航行),而要实现恒星级(恒星与恒星之间)的航行,就必须突破速度这一关,也许还要两三个世纪。在三体中,地球唯一的一艘光速飞船星环号,是利用空间曲率驱动的。根据相对论,物质告诉空间如何弯曲,空间告诉物质如何运动。空间是弯曲的,是存在曲率的,利用这种宇宙规律进行驱动,或许可以实现恒星级的航行。解决旅行途中的能源问题;第一个问题,我们讲了速度的问题。这里需要补充一下宇宙之大,太阳系是银行系中一粒尘埃。
银河系中大概有上千亿颗恒星,而宇宙有上千亿个银河系这样的星系团。要实现星际航行,能源是一个必须面对的问题。看过《三体》的都知道,太空中爆发两次黑暗战役,都是人类星际战舰之间的冲突,为的就是燃料。因为他们要飞到下一个能给他们提供补给的星球还要2000年。只要进入太空,人类就已经不是人类了,就是新的物种。第一个是要突破可控核聚变技术,这是解决能源问题的第一步。人体冬眠技术。人类的寿命是有限的,但只要进入外太空,人类的寿命是在太过短暂,昙花一现都不足以形容。三体中的解决办法是人体冬眠,这个我相信在未来是有可能的。以三体人的技术,星际航行的速度达到十分之一光速,跨越4.2光年来到太阳系,也要花450年。所以,突破人类寿命的极限是必须实现。人体冬眠技术是一种可能。