人类能不能星际飞行

《星际穿越》被我反反复复刷了三遍,整个电影的理论就是建立在相对论和虫洞理论上,虽然引人入胜,但我还是觉得电影里面(包括现实社会)的科技水平弱爆了。如果没有未来人类在土星周围放置的一颗虫洞,以现在的科技水平,人类几乎没有飞出太阳系的可能

旅行者一号大概是目前人类造出的速度最快的机器(目前大于第三宇宙速度16.7km/s,具体速度不得而知),2013年NASA发布消息说1977年发射的旅行者一号现在已经飞出了太阳粒子影响的日球层,进入了星际空间。当时我以为太阳系就这么大,35年就可以飞出去;而实际上,旅行者一号在这35年时间飞出去的距离对于整个太阳系来说就相当于我们千分尺上的最小度量单位。

 太阳系到底有多大?

 环绕太阳系运转的天体和物质都属于太阳系的范围,除了我们熟知的八大行星之外,还有至少5颗矮行星和至少173颗卫星和数以亿计的小天体。比海王星更远的地方有一个由许多微星组成的圆盘状柯伊伯带,距离太阳约50至500个天文单位(每一个天文单位表示地球与太阳之间的距离) ;在柯伊伯带以外还有一个包裹着太阳系的球状云团,叫做奥尔特星云,距离太阳50000至100000个天文单位,最大半径差不多一光年。

人类只有穿越了奥尔特星云以后,才算真正走出了太阳系。而旅行者一号花了35年才飞行了120多个天文单位,每年飞行不到4个天文单位;简单做一个除法就会明白即使以旅行者目前的速度飞行,人类至少需要20000年才能走出太阳系。

人类科技真心Low爆了

人类出现十几万年,每一次科技的进步都代表着人类旅行速度的提升;最近一次的最大提升幅度是在这200年之内。不幸的是,工质推进的速度貌似已经到达了极限,现在的火箭和50年前的火箭并没有区别。靠质能方程E=mc2计算,人类要达到更大的速度,就要更大的反向推力,就要携带更大能源,更大的喷射速度。假如要在太阳系内做一次短途的高速旅行,一个火箭所需要的燃料和发动机的质量将会远远大于载人飞行器本身。

所以人类靠工质推进实现星际旅行都是不可能的,因为我们没有几万年时间或者巨大的能源去消耗。

假如我们就靠现在掌握的这点技术,人类就永远在太阳系最里层玩泥巴。

我们的目标是星辰大海!人类需要新的推进方式:无工质推进。

目前无工质推进有十几个方案,例如太阳帆推动,电磁推动,核聚变推动和曲率引擎等等。

太阳帆推动和我们理解的帆船差不多,在太空中张开一张巨大的薄膜,薄膜后面拖着飞行器,太阳光子打在这个薄膜上就会产生一个反向推力,只要不减速,这个飞行器会一直加速,最终速度将达到一个夸张的水平。不过太阳帆最麻烦的一点是减速,从一颗恒星到另一个等能量恒星,可以在中点靠太阳帆减速;而假如到另一个不发光的地方,要么通过工质减速,要么通过引力减速,在实际操作中比较麻烦。

电磁推动靠电磁场控制粒子喷射方向使空间飞行器按照既定方向飞行。它的特点是耗能小,设备小,目前已经有一些卫星应用该科技维持轨道稳定。

核聚变推进技术也是无工质的一种,有人推算过,如果要把11000吨的物质(一首小型军舰的重量),达到光速的一半,就需要整个月球的氦3进行可控核聚变。显然我们不可能这样搞,甚至我们连可控核聚变的技术都还没有完全掌握。不过用可控核聚变做一次光速的百分之一至百分之十的短途旅行将会比较轻松和愉快。

看过《三体》或者《星际迷航》的同学一定对里面的曲率引擎很感兴趣,曲率引擎在短时间内就能使航天器加速到光速状态,并且不会改变相对时间,是一种非常先进的推动理念。但是理念也仅仅是理念,到目前为止科学界还没有一项研究能够证明该理念的正确性。

 不难看出下一代太空飞行器可能会采用电磁或核聚变驱动技术,我们有很多很多的难点需要被攻克;除了物理学之外,还要材料学、生物学等等学科需要全人类一起努力。

标签:人类飞出太阳系, 人类最快速度, 星际飞行

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