用它做動力推進可達光速的70%,到達太陽外最近恆星只需6年!
很多科幻電影裡面,進行星際旅行像是家常便飯,當他們航向另一個星球看起來是如此容易,有時候我們都忘了地球人最遠只到過月球。但如今,我們必須把目標放遠,小行星或太陽的滅亡可能會讓地球不再適合人類居住,人類讓人類延續下去,我們必須在星際尋找第二個家,一定要打造一艘星際飛船。
科幻小說中的飛船至少都要有3項能力,必須保護人員通過危險的星際旅行,必須能穿越浩瀚的星際以抵達適合人類移居的星球,我們所需的燃料系統必須夠強大,高效率可靠而且可攜帶。
首先就是推進系統,實際上這是個艱難的任務,有一點可以確定,傳統火箭無法帶我們航向遙遠的星際,巨大的助推火箭有兩個限制因素,燃料和推進力,它們都受限於燃料承載量以及動力維持的時間,同時也受限於燃料所能產生的推進力。
傳統的化學染料火箭的效率很低,如今的人類飛船95%的荷載是燃料,這隻夠讓太空飛船脫離大氣層,若想到達星際,我們需要星球一般大的燃料量,如果我們要在星際尋找第二個家,就必須完全拋棄化學染料火箭,尋找新的推進系統。
在科幻界早有解決之道,《星際爭霸》中已經有了光速引擎,一種核融合引擎,星系距離地球有數百萬光年之遠,所以引擎必須能讓飛船飛得夠快。半人馬座阿爾法星是距離我們最近的恆星(太陽除外),傳統的化學染料火箭要花超過5萬年才能到達那裡。
一種被稱為磁電漿動力推進器,也叫電漿引擎,這種引擎可以達成遠程太空飛行,它使用的燃料是毒性極強的氫氧化鋰,它的火焰可以達到太陽表面的溫度,如今科學家正在研究打造這種動力引擎。
這種引擎工作原理並不難。閃電是由電漿構成的,如果你將氣體加熱到高溫,然後注入電流,就會產生電漿,這種燃料很輕而且不佔空間。電漿引擎讓遠程太空旅行首次出現可行性,它能解決化學染料火箭兩個主要問題。
首先,它的燃料效率很高,第二,它能跨越浩瀚星際帶我們到達未曾踏足之處。科學家們估計安裝了電漿引擎的飛船可以在5年內到達土星,比卡西尼號飛船快了兩年(看起來沒有多大區別,但別忘了卡西尼是無人飛船)。
但還有一個問題,那就是速度。即使全速前進,電漿飛船也得花70年時間才能抵達太陽系的外圍,屆時太空人或許已經去世了,因此飛船要搭載多代人員,好讓下一代接手任務。但是像要到達半人馬座阿爾法星,飛船必須具有前所未有的高性能。
在科幻電影里,我們經常看到宇航員進入飛船內,在很短的時間裡就能穿越遙遠的星際空間到達其他星系,但事實並非如此簡單,他們要穿越的距離是天文數字。要打造科幻小說電影中的飛船,其工程之浩大是我們平生未見的。
我們所看到的人造燃料能量都不足以將我們送到星際空間,但與其自己攜帶燃料,我們何不開採利用自然界中的能量呢?
太陽帆,相信很多人都聽說過,它利用太空中現有之物,也就是太陽光來獲取動力。太陽不斷發光,就像地球早期的探險家利用風力發明帆船橫越海洋,利用太空的風也就是陽光來推動太陽帆也可以達到更遙遠的星球。
當然,深太空的陽光並不充足,因為距離恆星太過遙遠,但是有個解決方案。月球上的雷射陣列可以朝太陽帆發射給予額外的推力,如此就可以繼續將飛船推往陽光不可及之處,半人馬座阿爾法星就不是遙不可及了。
但問題是推動一艘載人飛船需要巨大的太陽帆,其寬度可能要數百英里,一旦出發,它便難以減速,同時必須操縱太陽帆面向從目標恆星射過來的光,否則飛船將無止盡地往前飛行。
利用太陽帆推動飛船是個好主意,但是我們不能只依靠太陽帆,可以在飛船上安裝電漿引擎,當我們受困外太空,太陽帆可能會有動力不足之處。
無論怎麼說,燃料還是星際旅行的關鍵所在。而在芝加哥的費米實驗室里,科學家一直在調查宇宙的起源及其組成物質,在實驗中他們讓質子和中子等微小粒子以接近光速撞擊,產生了反物質,這是人類已知動力最強大的燃料,可用來驅動太空飛船。
當反物質與物質相碰,就會產生驚人的能量,而且是驚人的純能量,如今沒有任何其他燃料有此特性,1克物質和1克反物質撞擊產生的能量相當於廣島原子彈的能量!
作為燃料來源,反物質似乎可行性很高,但有個很大的缺點,那就是非常昂貴。以當前的科技,製造1盎司(約28克)反物質,光是電費就要花費2萬4千兆美元,約為美國GDP的2萬倍!但是科學家並沒有因此如此巨額費用就望而卻步,他們一直沒有放棄對反物質的研究。因為反物質動力意味著飛船可以全速飛行,可以達到光速的70%,到達太陽外最近的恆星阿爾法星只需要6年的時間,實現真正的星際航行!
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