太阳帆推进器,太阳帆推进器利用太阳光作用

有很多人想知道太阳帆推进器和太阳帆推进器利用太阳光作用的题,但是又不知道真假,小编为你详细的讲解吧!


1961年,苏联宇航员尤里加加林成为第一个进入太空的人。八年后,美国宇航员尼尔阿姆斯特朗和巴兹奥尔德林成功登陆月。这是人类迄今为止走过的最远距离。

目前的太空飞行技术——化学燃料火箭——无法用于长距离的深空飞行,因此人类还无法走得更远。

美国的“阿波罗10号”飞船是迄今为止速度最快的载人飞船,最高速度达到每小时39895公里。即使按照这个速度,也需要12万年才能到达距离地最近的恒星系统333,544光年的半人马座阿尔法星系。

如果人类真的想要前往深空和星际空间,就需要采用一些新技术。以下是专家为未来星际飞行提出的10项新技术。这些技术的范围广泛,可行性差异很大,有些技术可能很快就能实现,有些可能根本不可能实现。

01离子推进器

传统的火箭是通过从尾部喷射高速热气体来推进的。离子推进器的工作原理相同,但喷射一束带电粒子或离子。

离子推进器产生的推力较小,但产生相同推力所需的燃料比传统火箭少得多。只要离子推进器能够长时间稳定工作,就可以将飞行器加速到极高的速度。

目前一些航天器使用离子推进器,例如日本的隼鸟小行星探测器

和欧洲航天局的SMART-1月探测器,

这项技术正在逐步完善。

最有希望进行进一步太空旅行的推进器是可变比冲磁等离子体火箭。与通常使用强电场来加速离子的离子推进器不同,VASIMR使用射频发生器将离子加热到一百万摄氏度。

VASIMR的工作原理是在强大的磁场中,离子会以固定的频率旋转,射频发生器调谐到该频率,向离子注入额外的能量,从而大大增加推力。VASIMR的初步测试结果相当不错。专家认为,如果一切顺利,VASIMR将能够在39天内推动载人飞船飞往火星。

可行性几年内可能。

02核聚变动力火箭

火箭上安装有聚变反应堆,核聚变反应堆产生的能量用来推进火箭。这是核聚变动力火箭。大多数聚变反应堆使用一种称为托卡马克的装置来驱动聚变反应。该装置体积非常庞大,不适合在火箭中使用。聚变动力火箭利用核聚变的惯性约束。这种设计用高功率能量束代替磁场,猛烈引爆小颗粒燃料引发外层爆炸,进而推动内层材料引发核聚变。当核聚变反应发生时,磁场会引导产生的高温离子从火箭尾部喷出,实现核聚变火箭的推进。

20世纪70年代,英国星际学会详细研究了这种聚变动力火箭,它可以在50年内将人类送往另一个星系。美中不足的是,尽管研究人员经过数十年的努力,仍然没有可以工作的聚变反应堆。

可行性有可能,但至少还需要几十年的时间。

03核脉冲推进技术

这项技术的基本思路是通过周期性投掷核弹来推动火箭前进。

美国国防高级研究计划局曾在1955年代号“猎户座”的项目中认真研究核脉冲推进技术,设计快速星际旅行方案。即使按照今天的标准,DARPA的设计也是宏伟的,需要建造一个大型减震器,再加上一个辐射防护罩来保护乘客。这个方案看上去可行,但是可能会对地大气层造成严重的辐射。该计划最终在20世纪60年代颁布第一批核试验禁令时被废除。

尽管存在许多担忧,一些科学家仍在继续提出新的核脉冲推进方案。理论上,以核弹为动力的航天器可以达到1/10光速,按照这个速度只需要40年就可以到达最近的星系。

可行性完全有可能,但存在风险。

04布萨德冲压发动机

1960年,美国物理学家罗伯特巴萨德提出了冲压喷气发动机的概念。其原理与核聚变动力火箭相同,但不携带核燃料,而是将周围空间中的氢物质电离,然后利用强磁场吸收这些氢离子作为燃料。

由于星际空间中氢物质很少,因此发动机的磁场必须足够大,甚至延伸到数百甚至数千公里之外,才能获得足够的燃料。如果在发射前进行精确计算,设计出飞船精确的轨道,或许不需要巨大的磁场,但前往目标星的旅程将会曲折得多。

可行性存在巨大的技术挑战。

05太阳帆

太阳帆依靠阳光的能量来推动自身,已在真空室中成功进行了测试,但在轨道上失败了。2005年,美国行星学会设计的世界上第一艘太阳帆航天器“宇宙一号”因火箭助推器故障而未能发射。

尽管早期存在各种题,但太阳帆仍然是一项非常有前途的太空技术,至少可以保证在太阳系飞行时获得最强大的来自太阳的推进力。

可行性完全有可能,但适应空间有限。

06磁场风帆

磁帆是太阳帆的一种变体。与太阳帆不同,磁帆由太阳风提供动力,而不是阳光。

太阳风是带有自身磁场的带电粒子流。科学家的想法是在航天器周围制造一个排斥太阳风磁场的磁场,这样就可以利用磁场的排斥力来推动航天器飞行。

另一种变体是“太空蜘蛛”。该技术是在航天器周围延伸一个带正电的电网,使其排斥太阳风中的大量正离子,从而获得推进力。

理论上,磁帆或其他类似技术也可以利用行星的磁场使航天器改变轨道,甚至驶出行星际空间。然而,太阳帆和磁帆都不适合星际旅行。当它们远离太阳时,阳光和太阳风的强度急剧下降,因此无法达到飞向其他恒星所需的速度。

可行性只适合在太阳系内旅行。

07能量束推进技术

如果太阳没有足够的能量来推动真正高速的星际飞船,也许可以通过向航天器发射能量束来实现。从地面发射强大的激光烧蚀飞船尾部的特殊金属,金属逐渐蒸发形成蒸汽,从而提供推进力。

另一种类似的技术是由美国物理学家、科幻小说作家格雷戈里本福德提出的,他认为可以为航天器配备涂有特殊涂层的太阳帆,然后从地发射微波束来蒸发太阳帆。涂层,从而产生推力。

能量束推进也提出了许多重大挑战。首先,能量束必须精确瞄准目标;其次,航天器必须能够极其有效地利用能量束提供的能量;另外,产生能量束的装置的功率必须非常强大——,在某些情况下,所需的能量甚至超过了人类目前输出的总能量。

可行性存在很大的技术挑战。

08时空扭曲技术

1994年,威尔士卡迪夫大学的物理学家米格尔阿尔库维尔首次提出了类似于《星际迷航》中的时空扭曲技术。这项技术将利用尚未发现的具有负质量和负压的“奇异物质”来扭曲时空,使航天器快速接近前方空间。飞船后面的空间不断膨胀,似乎处于一个不断膨胀的“弯曲气泡”中,可以在不违反相对论原理的情况下飞得比光还快。

然而,这种技术存在很多题。首先,维持这种时空扭曲需要巨大的能量,可能比整个宇宙的全部能量还要大;其次,它会产生大量辐射,威胁宇航员的生命;此外,没有证据表明存在这种特殊的能量。物质。

更重要的是,2002年发表的计算证明,航天器无法在“弯曲气泡”前面发送信号,这意味着宇航员将无法控制航天器。事实上,无论有多少可用能量,从物理上来说似乎都不可能产生这样的“弯曲气泡”。

可行性显然不可能。

09虫洞技术

“虫洞”是由创造“黑洞”一词的著名物理学家约翰惠勒提出的,指宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。

关键题是,虫洞真的存在吗?如果是的话,我们可以走过去吗?不幸的是,这两个题的案很可能都是“不”。

虫洞稳定存在的前提是阿尔库维尔提出的“奇异物质”的存在,但目前还没有发现这种物质。

另外,虽然可以利用特殊的负能量场来维持虫洞处于开放状态,但一旦物质或者能量进入虫洞,虫洞就会立即关闭。

20世纪90年代,俄罗斯物理学家谢尔盖克拉斯尼科夫提出了一种不同类型的虫洞。这样的虫洞本身可以产生“奇怪的物质”,因此它们可以自我维持。而且,如果虫洞可以用来穿越太空,那么它们也可以用来制造时间机器,这违反了因果律。

可行性几乎不可能。

10多维空间技术

我们所看到的宇宙是三维的。德国物理学家布克哈德海姆提出,如果宇宙中有更多的空间维度,航天器就可以穿过它们并达到极限速度。但布克哈德海姆的想法在很大程度上是不可理解的,也从未得到他的同行的认可。

可行性难以理解。


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