宇宙飛船為什麼還飛不出太陽系呢？

科技 08-31

宇宙飛船為什麼還飛不出太陽系呢？

凌晨曉驥，Astro phD student

宇宙飛船為什麼飛不出太陽系呢？

並不是飛不出去，只是速度太慢。光的速度大約每秒 30 萬公里，假如宇宙飛船速度大約每秒 20 公里。如果認為太陽系半徑為 2 光年（奧爾特雲最外），那麼宇宙飛船要飛 3 萬年才能飛出太陽系。如果到達比鄰星等其他星球，大約要 6 萬年以上。

為什麼宇宙飛船飛得這麼慢呢?

首先你要知道每秒 20 公里已經非常快了，地球上宏觀物體一般只有化學火箭能達到這麼快速度。牛頓力學告訴我們，要想獲得快的速度，你得有力持續不斷的推動。然而並不存在這樣一個力恆久的推動火箭。火箭必須依靠反衝，換句話說，火箭必須攜帶燃料，往後噴出高速氣體，才能獲得反衝力使得自己前進。然而，高速氣體的速度最快也就每秒幾千米。由於火箭必須自帶推進劑，所以通過計算得知，火箭的末速度和自身攜帶的推進劑成指數關係。換句話說，速度每提升一倍，火箭自重得增加好幾倍。最後即便火箭攜帶整個地球質量的推進劑，也不能達到很快的速度。因而，客觀上的火箭一般只能加速到幾十千米每秒。

下圖為理想火箭推進劑和末速度關係，遵循理想火箭方程：

ve 是高速氣體速度，m0 為推進劑質量，m 為載荷，為速度變化，Propellant specific impulse 是比沖，也就是火箭發動機單位重量推進劑產生的衝量。一般在 200~400 左右。

橫坐標為單級火箭推進劑和載荷質量之比。縱坐標為末速度（20000ft/s=6096m/s），可見，單級火箭很難把載荷帶到高速度（7km/s），因而通常的火箭都是多級的。

宇宙飛船為什麼還飛不出太陽系呢？

順便加上一副旅行者 2 號和新視野號的速度曲線，在一開始它們的速度都遠超第三宇宙速度。但是由於太陽引力，這兩個飛船速度都會逐步變慢，所以這兩個飛船都使用了「引力彈弓」加速（如何理解引力助推（引力彈弓效應或繞行星變軌）？它在以前的應用和將來的展望是什麼？ - 天文學）。但是速度仍然會降到 20 千米每秒之下。

宇宙飛船為什麼還飛不出太陽系呢？

有沒有辦法實現高速飛船?

有的，但是不具備工程可行性

目前兩種辦法是可能的，第一種是核動力飛船，但是目前的核動力飛船有很多局限，如果用核動力，那麼核燃料儲存，使用，輻射防護都是個非常大的難題，目前不具備工程可行性。

第二種就是用激光推動飛船，但是這要求飛船有很大的激光反射面，俗稱光帆。這個光帆有多大呢?有人計算過，如果實現星際航行所需要的光速 1/3，激光反射面也就青海省大小。考慮到工程可能性和建設大功率激光電站的花費，這個也不現實。但是，如果不是推動大型飛船，而是質量很小的探測器，那還是很有可能的，比如霍金的「突破攝星」計劃。然而，如果微型探測器太小，則很容易被星際塵埃干擾甚至摧毀。而且微型天線功率很小，也很難保持和我們的聯絡，很可能發射出去之後就不知所蹤了。

有沒有辦法實現星際躍遷呢？

科幻的想法，做做夢就好了～

我想體驗星際旅行，如何實現？

目前有很多太空題材的遊戲，過幾年之後 VR 大規模實現，那時候的遊戲公司肯定會出好多太空題材的 VR 遊戲，讓你身臨其境。

我該怎麼做幫助未來星際旅行？

好好培養下一代，一個孩子成為科學天才，早日實現核聚變等高科技，第二個孩子努力積攢財富，因為太空探索無比燒錢，第三個孩子努力實現世界和平，別讓人類還沒出太陽系，就內鬥死在了地球上。

客官，這篇文章有意思嗎？

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