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谁能送你进入宇宙深处

2021-04-10 14:27阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1350221524

目前的载人飞船等都只能使人类在地球附近的太空周游，而飞出太阳系，进入深空，才是真正意义上的遨游宇宙，怎么去呢？下面的方案可行吗？……
谁能送你进入宇宙深处
《大科技》2000年03期
乔阿光编译
谁能送你进入宇宙深处
拥有巨大动力的发动机是进入宇宙深处的关键
从古至今飞向缀满星星的夜空一直是人类的梦想。现在人类已能让飞船在太阳系内遨游，但宇宙是如此之大，想飞出太阳系还不仅仅是简单的多花点时间 多带点燃料的问题!
试计算一下,1977年9月5日美国发射的旅游者1号以每小
时5100英里的速度向宇宙深处飞行。到目前为止，它已在太空遨游了20多年，距离地球有68亿英里,即10个光时之遥(光时是光以每秒三十万公里的速度走一小时的距离)。它对于人类来说己经是很遥远了。但是，即使是离地球最近的半人马座比邻星，距地球也有43光年。区区10光时与之相比较，真是不可同日而语。假如旅游者l号笔直地朝着比邻星走，要用7400年才能走到 这对星际旅行来说实在太漫长了。
人类如果要真正实现理想中的星际旅行，则所有的星际旅行必须在个人生命的有生之年内完成。这样，飞船就应以足够高的速度穿过漫漫星空。据爱因斯坦的狭义相对论，飞船以这样高的速度穿过这样大的距离时，它的质量就会增加。如果要在10年内到达比邻星，飞船就要以半光速前进，在这种速度下飞船质量会变得比原来大一倍半。质量增大耗能增大，假如星际飞船如同旅游者l号一样重达l吨，让它以半光速前进，它一个月内就会用掉全人类一天所生产的能量。
　　目前，美国航空航天局的科学家已把飞向星际空间定为长期的战略目标。美国航空航天局希望美国在下一个25年发射星际飞船。
常规的化学火箭发动机显然不能完成这项艰巨的任务，必须另辟蹊径。那么究竟怎样才能把人送进宇宙最深处呢？首先必须研制可提供巨大动力的发动机。拥有巨大动力的发动机是进入宇宙深处的关键。
　　尽管反物质很难伺候，但它的魅力实在太大，“物质-反物质发动机”是科学家的首选发动机。反物质是一种和地球上自然存在的物质质量相等，但电荷及其它物理属性相反的物质。如，地球上自然存在的质子带正电，反质子则带负电。地球上自然存在的电子带负电，反电子则带正电。反物质和物质相遇就会湮灭，释放出巨大的能量，这种能量的密度为当今最大的能量密度。
谁能送你进入宇宙深处
于是，科学家们设想让物质和反物质发生反应，以产生巨大能量来提供宇宙飞船的动力。该反应产生的带电粒子流从一个磁喷口中喷出，以此来推动飞船。
但科学家们面临的困难太多了。第一，地球上所有的物品都由物质构成，根本不存在天然反物质，因此，反物质只能人为制造。
　　目前科学家只能在特殊的实验室中制造，如费米实验室和欧洲原子核研究委员会就已制造出了几毫微克的反物质，但是纯反物质发动机需要成千吨的反物质，实验室里制造出的只是杯水车薪。不过，科学家认为太空中存在大量反物质。1998年6月美国发现号航天飞机就携带了一台由丁肇中教授研制的阿尔法磁谱仪到太空去收集反物质以图验证大爆炸理论是否正确，也许我们可在太空建一个基地收取太空中自然存在的反物质。第二，制造出反物质后，不能让反物质与物质接触，否则湮灭会随时发生。那么装反物质的容器用什么来制造呢?科学家们设想用磁场对反物质进行控制，让反物质不去碰容器壁。不过这也不是很容易做到的。第三，即使能克服以上两点 还是存在一个实际的困难，即在飞船上让物质与反物质反应的磁喷口究竟该做多大？它应如何来控制两者之间的反应？一句话，反物质太难伺候了!但科学家们仍不想放弃反物质，因为它所创造出来的能量实在是太吸引人了。能不能用最少量的反物质，达到同样的目的呢？
物理学家史密斯先生带来了振奋人心的消息 只需要一微克反物质就能够实现点火。给什么点火呢？给聚变反应点火。
史密斯研究小组从三方面来考虑这个问题。首先是进行实验，在宾夕发尼亚州建一个鞋盒大小的反物质捕获器，从理论上说它能获取一亿个反质子的带电粒子；其次目前他们正和阿拉巴马州亨茨维尔的“元帅”太空飞行中心合建一个更大一点的反物质捕获器，这个捕获器能比实验室的捕获器多捕获一万倍的反质子，并用于完成聚变反应的反物质等离子枪的最后实验；第三方面是研制发动机，史密斯的“瞄星”发动机提供维持聚变反应的方法，它用一点点反物质就能启动反物质和铅或铀接触发生聚变。
　　但是这个方案还是存在不少问题，例如高温会不会把喷口熔化？史密斯说：“我正在研究这个问题，实际上，一次便会熔掉一点。我们尽可能使自己的思想尽快地向前前进，因为假如有一种技术能使我们登上外星的话，那就是——反物质。”
　　
　　从环保的角度来看，最佳方案则是光帆发动机

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环保的呼声正日益高涨，如果从最严密最无污染的角度来看，太阳光帆比反物质发动机更令人关注。这一思想是十年前一位退休的物理学家罗伯特· 福沃德提出的。他的设想是给飞船配上巨型帆，并在水星轨道上设置将太阳能转换为激光光束的太阳能收集器。激光光束的动能可传递给光帆，利用激光光速推动光帆。这种方案要有一个很大的传送透镜，一个直径为几十公里的帆，在太空飞行4-5光年需要的动力是十亿瓦，当它到达目标时，多级光帆飞船能逐渐减慢速度。
美国航空航天局喷气推进实验室的物理学家亨利·哈里斯是另一个支持光帆的人。他认为在很长的飞行时间里需要的大量动力可从太阳获取。1999年春天他和他的研究小组设计了一个用光帆的多级飞船，在围绕太阳的轨道上可安放多个激光器，它们能产生很强的光束，交替用于推动飞船，到达目标。另一方面，作为星际旅行工具的激光束并不是只用于旅行。它也可用于去除地球轨道上的废弃物，给地球提供能源，甚至可摧毁对地球有威胁的彗星和小行星。
为了减轻重量，光帆的厚度要求只有几个原子的大小，制作这样的光帆并不是易事。

利用磁场的聚变冲压式发动机
聚变冲压式发动机是采用聚变反应，它试图不用很多燃料来解决飞船负载过重的问题。它的设计者们提出，用巨大的磁场“勺”收集星际空间存在的氢离子作为聚变反应的燃料。这把磁场“勺”远比地球上能产生的任何磁场勺都大，大约有从地球到月球的距离的三分之一，它的磁场强度比当今实验室里的磁场强度大几百倍。人们只要获取燃料，压缩燃料，加热燃料，然后从飞船后排出即可。

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天才的设想——改造星际空间
如果说发挥人类的能力去制造可供星际旅游的飞船发动机己经消耗了科学家们的大部分天才，那么能想出不是被动地去制造发动机，而是主地改造星际空间来达到人类星际旅游的目的，那才是真正天才的设想!
改造星际空间是什么意思？德克萨斯州奥斯丁高级研究所的哈罗德·普索夫指出，根据量子力学的观点，星际空间的真空并非真正地空无一物，太空空间含有巨大的残留背景能量，即零点能量，细小的粒子在真空中不断地产生和消灭。这样，也许就有惯性存在。如果能控制这种惯性，或叫做使太空“卷曲”，人类就能从地球迅速到达宇宙的任何一处，并且不需要太多的能量，就能解决星际飞行的问题。不过如何做到尚无人知晓。
　　美国航空航天局近期已开始了星际科学的研究工作。
　　
　　飞出去，首先要飞出看不见太阳的地方
1999年3月，一批科学家曾在喷气推进实验室相聚，讨论飞出太阳系的任务，他们认为下一个十年内就能进行这种飞行。
飞出日光层，飞到看不见太阳的地方。太阳系的日光层直径达250亿英里，它像一个气泡，包围着太阳系中的行星们。要实现星际旅行，必须了解星际介质。科学家已制造出一种仪器可检测低能的宇宙线，但这种宇宙线不能穿透日光层，只有飞出太阳系的日光层才能检测到它。同时，飞出太阳系的日光层还可把太阳系的组成和星际空间区域乃至更远处的空间相比较，从而为我们银河系的演变提供线索。不飞出太阳系的日光层，何以了解星际介质？
　　现在的射电天文望远镜己经为我们观察了遥远的星际，例如凯珀带，科学家们猜想在那儿也许会发现100个大小从几十到几百公里的小物体。因此，飞出太阳系的日光层，就可以探测这些猜想的正确性，还可以探索更远的像奥尔特慧星云或是像哈雷慧星这样的长周期的天体的起源。另外，如把天文望远镜放到日光层之外就更能准确地测量星球的位置。
编译自1999年9月24日[美]《大众科学》网络版https://www.popsci.com/

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