【十大飛行技術：哪個能把人類送入外太空？】

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【十大飛行技術：哪個能把人類送入外太空？】

 

人類進入太空已有近５０年歷史，但時至今日，月球仍是人類足跡所能達到的最遠區域。

 

是什麼阻礙了我們探索宇宙的腳步？

 

人類該向什麼方向發展技術，才能對真正意義上的深空進行探索？

 

英國《新科學家》雜誌日前刊登文章，對未來可能幫助人類進入深空的１０種外太空飛行技術進行了分析。

   

除了預算問題和政治意願這兩大因素外，太空探索計劃面臨的另一個巨大障礙，就是當前佔據統治地位的太空飛行技術——化學燃料推進火箭——尚無法將人類送上更遠的星球。

   

阿波羅１０號月球探測器是歷史上速度最快的載人航天器，其最大時速為３９８９５公里。

 

照這個速度，它需要１２萬年才能抵達離我們最近的恒星系統。

 

要對真正意義上的深空進行探索，我們就必須研發出新技術。

 

以下列舉的是十大最令人著迷的太空飛行技術，其中一些在未來很可能成為現實，另一些則可能止於幻想。

 　　

１．離子推進器

 

 

傳統火箭通過尾部高速噴射氣體產生推進力，離子推進器的工作原理也一樣，不同的是，它噴射的不是高溫氣體，而是帶電粒子流。

 

目前離子推進器產生的推進力較小，但消耗的燃料遠低於火箭。

 

一些飛船已採用離子推進器，如日本的“隼鳥”號小行星探測飛船，以及歐洲的“智能１號”撞月飛船。

   

令人欣慰的是，這種技術正穩步提高。

 

離子推進器一個特別有發展前景的變體是可變比衝磁等離子體火箭（ＶＡＳＩＭＲ）。

 

離子推進器利用強大的電場加速離子，而ＶＡＳＩＭＲ則利用射頻發生器 ——與用於播放電臺節目的發射機類似——將離子加熱到１００萬攝氏度。

 

離子在ＶＡＳＩＭＲ的強磁場內以固定頻率旋轉，射頻發生器隨後也改為這個頻率，將額外的能量注入離子，並極大地提升推進力。

   

可能性：幾年後有望成真。

 　　

２．核脈衝推進

 

   

核脈衝推進聽起來是一種“全然不計後果”的方式——定時從後部將核彈扔出艙外並引爆，利用核爆威力推動飛船前進。

   

美國國防高級研究計劃局曾開啟秘密研制核脈衝推進動力飛船的“獵戶座計劃”。

 

即使按照今天的標準，這項設計也可以用“巨大”來形容。他們建議研制一種巨型減震器，同時用厚重的輻射防護屏障保護乘客。

   

核脈衝推進似乎可以發揮作用，但行進途中產生的輻射塵讓人擔憂。

 

上世紀６０年代，隨著第一批核試驗禁令生效，獵戶座計劃被束之高閣。

 

現在，一些研究人員仍在提出與核脈衝推進類似的想法。

 

從理論上說，依靠引爆核彈推進的飛船速度可達光速的十分之一，允許人類在大約４０年內造訪離地球最近的恒星。

　　

可能性：極高，但存在一定危險性。

  

３．核聚變火箭

 

核火箭是另一項利用核能量的太空飛行技術，它能利用飛船所攜裂變反應堆產生的熱量驅逐空氣，進而獲得推動力。

 

但如果比拼能量，這種方式與核聚變火箭相比顯得黯然失色。

   

核聚變過程中，原子核結合成更大的核，同時釋放出巨大能量。

 

絕大多數核聚變反應堆設計利用托卡馬克裝置（利用磁約束來實現受控核聚變的環性容器）將燃料約束在一個磁場內產生核反應。

 

但托卡馬克重量極大，因此，核聚變火箭設計趨向於採用另一種觸發核聚變的方式——慣性約束聚變。

   

這種設計利用高功率能量束取代托卡馬克的磁場，通常採用的是激光。

 

能量束猛烈轟擊燃料，使其外層發生爆炸，爆炸威力隨後傳導到內層並最終觸發核聚變。

 

在此之後，磁場引導產生的熾熱等離子體從飛船尾部噴出，進而產生推進力。

   

上世紀７０年代，英國行星際協會在其 “代達羅斯計劃”中對這種核聚變火箭進行了研究。

 

它能幫助人類在５０年內抵達另一顆恒星，在這段飛行時間內，太空人能繼續生存的可能性極高。

 

而當前的現實是：盡管努力了數十年之久，但科學家們仍未研制出一個可以工作的慣性約束聚變反應堆。

   

可能性：可能實現，但要等待數十年。

   

美國東部時間7月15日18時3分，美國“奮進”號航天飛機從佛羅里達州甘迺迪航天中心發射升空，啟程前往國際空間站。新華社/路透

　 

４．巴薩德衝壓式噴氣發動機

 

所有火箭均面臨同樣的基礎性問題：為獲得更高加速度，需要攜帶更多燃料，但這樣就提高了太空船重量，反過來降低加速度。

   

巴薩德衝壓式噴氣發動機能巧妙地解決這個問題。

 

它也是一種核聚變火箭，但獲得推動力的方式不是依靠核燃料，而是將來自周圍空間的氫離子化，再利用巨大的電磁場將氫離子吸入體內。

 

但由於星際空間中的氫數量極少，電磁場的寬度可能不得不達到數百甚至數千公里。

 

一種可能的“手段”是按照計算出來的軌道提前從地球發射燃料，讓飛船在無需巨大電磁場的情況下沿路“拾取”燃料。

 

然而這也意味著，衝壓式噴氣發動機背離了最初的設計。

   

可能性：在技術上面臨巨大挑戰。

  

５．太陽帆  

太陽帆張開的假想片

   

這是另一種無需面對燃料攜帶問題的技術。

 

與風帆借用風力的原理一樣，太陽帆從太陽放射的光線中獲取能量。

 

這項技術在地球真空室測試中已取得成功，但在軌道進行的測試卻每每發生不幸。

   

２００５年，美國帕薩迪納行星協會發射了一艘名為“宇宙１號”的太陽帆飛船，但負責將飛船送入太空的火箭因發生故障土崩瓦解。

 

美國另一項在太空建立太陽帆的任務“ＮａｎｏＳａｉｌ－Ｄ”，也因火箭故障以失敗告終。

   

盡管面臨一系列問題，太陽帆仍是一種非常有發展前景的太空飛行技術，至少對太陽系內的太空飛行來說是如此。

   

可能性：有可能，但存在局限性。

     

６．磁帆

   

磁帆是太陽帆的一個變體，利用太陽風獲得推進力。

 

太陽風是一個帶電粒子流，擁有自身的磁場。

   

磁帆或類似技術可用於在行星磁場上進行“衝浪”，使飛船能夠變軌，甚至擺脫行星際空間。

 

然而，無論是太陽帆還是磁帆都不是進行星際旅行的理想方式，一旦遠離太陽，所能獲得的陽光和太陽風強度便急劇下降。

　　

可能性：可能，但只限於短途旅行。

　 

７．能量射束推進

 

 如果太陽無法提供足夠能量，我們也許能靠自己的力量做到這一點，具體方式就是向太空釋放強大的能量射束。

 

激光燒蝕便是這樣一種技術——飛船的金屬板在從地面發射的強激光照射下逐漸汽化，而金屬汽化能為飛船提供推進力。

   

星際旅行最理想的方式可能就是借助強激光推進的光帆了。

 

能量射束推進面臨一系列挑戰，其中包括射束必須在極遠距離內實現準確聚焦，飛船必須在幾乎不浪費的情況下使用全部所獲能量，以及產生射束的設備需要達到巨大功率——在一些情況下，需要的能量超過整個人類社會當前輸出的能量總和。

　　

可能性：面臨極大挑戰。

 

８．埃爾庫比爾引擎

   

埃爾庫比爾引擎實際上就是電影《星際迷航》中出現的曲速引擎，最初由英國物理學家馬格爾·埃爾庫比爾于１９９４年提出。

 

這種引擎利用的是至今未被發現的“奇異物質”——擁有負質量並具有極大負壓（比大氣壓更低的氣壓狀態）的粒子。

 

曲速引擎能扭曲時空，讓飛船前方的空間收縮，後方的空間膨脹。

 

在這種情況下，置身於一個“曲速泡”內的飛船能在不違背相對論的前提下超光速飛行。

   

然而埃爾庫比爾引擎面臨大量問題，其中之一就是維持曲速泡所需的能量超過宇宙的總能量。

 

此外，曲速引擎會產生大量輻射，威脅宇航員的生命安全。

 

更為重要的是，當前沒有任何證據顯示“奇異物質”確實存在。２００２年發表的計算結果顯示，飛船無法向曲速泡前方發射信號，這意味著機組人員無法操控飛船。

   

可能性：看上去似乎不可能。

 
９．蟲洞

 

   

經常在科幻小說中出現的所謂“蟲洞”是指類似隧道的捷徑，進入之後可穿越時空。

 

蟲洞真的存在嗎？

 

如果存在，我們是否能在蟲洞中穿行？

   

不幸的是，兩個問題的答案可能都是“不”。

 

蟲洞需要借助埃爾庫比爾引擎使用的奇異物質保持自身穩定，而這種物質可能並不存在。

   

上世紀９０年代，物理學家提出了另一種可以穿行的蟲洞設想——蟲洞處於自我維持狀態，能產生自己的奇異物質保持洞口張開。

 

但這種設想同樣遭遇嚴峻挑戰：

 

如果可以用於太空中的物質運輸，這種蟲洞也可用於制造時間機器，如此一來就違背了因果律（任何一種現象或事物都必然有其原因）。

   

可能性：幾乎不可能。 

　

１０．超空間發動機  

 

如果宇宙擁有更多維度，而不是我們觀測到的３個維度，採用超空間發動機的飛船以極速穿行於多維空間的可能性便是存在的。

 

超空間發動機立基於德國物理學家巴克哈德·海姆提出的一項宇宙構造理論 ——如果超空間發動機能創造一個足夠強大的磁場或重力場，身處其中的飛船便可進入另一個完全不同的多維空間。

   

海姆在世時，這一理論從未得到同行的認同，絕大多數現代物理學家也以“非常難於理解”為由將之棄置一旁。

   

可能性：目前看不到可能性。

  

引用：http://tw.myblog.yahoo.com/jw!.BSjyMqBQUULyqadT26VrJ.w/article?mid=11660