可行(xing)性:數(shu)年后或將實現。
傳統的(de)火箭是(shi)通過尾部噴出(chu)高(gao)速(su)的(de)氣(qi)體實現向(xiang)前推進(jin)的(de)。離(li)子(zi)(zi)推進(jin)器(qi)也是(shi)采(cai)用(yong)同樣的(de)噴氣(qi)式原理(li),但是(shi)它(ta)并(bing)不是(shi)采(cai)用(yong)燃(ran)料燃(ran)燒而排出(chu)熾熱的(de)氣(qi)體,它(ta)所(suo)噴出(chu)的(de)是(shi)一束(shu)帶電粒子(zi)(zi)或是(shi)離(li)子(zi)(zi)。它(ta)所(suo)提供的(de)推動力或許(xu)相對(dui)較弱(ruo),但關鍵的(de)是(shi)這種離(li)子(zi)(zi)推進(jin)器(qi)所(suo)需要(yao)的(de)燃(ran)料要(yao)比普(pu)通火箭少得多。只(zhi)要(yao)離(li)子(zi)(zi)推進(jin)器(qi)能(neng)(neng)夠長期保持性能(neng)(neng)穩定,它(ta)最終將能(neng)(neng)夠把太空(kong)飛船(chuan)加速(su)到更高(gao)的(de)速(su)度。
相(xiang)關技術目前已(yi)經(jing)應用到一些太(tai)空(kong)(kong)飛(fei)船上(shang),比如(ru)日本的“隼鳥”太(tai)空(kong)(kong)探測器(qi)和歐洲的“智能(neng)(neng)1號”太(tai)空(kong)(kong)船等(deng)(deng),而(er)且(qie)技術已(yi)經(jing)取得了很大(da)的進(jin)(jin)步。未來最有希望成為更遠外太(tai)空(kong)(kong)旅(lv)行(xing)飛(fei)船推(tui)進(jin)(jin)器(qi)的可(ke)能(neng)(neng)就是VASIMR等(deng)(deng)離子(zi)火(huo)(huo)箭。這種火(huo)(huo)箭與一般的離子(zi)推(tui)進(jin)(jin)器(qi)稍有不同(tong)。普通的離子(zi)推(tui)進(jin)(jin)器(qi)是利(li)(li)用強(qiang)(qiang)大(da)的電磁(ci)場(chang)(chang)來加速離子(zi)體,而(er)VASIMR等(deng)(deng)離子(zi)火(huo)(huo)箭則是利(li)(li)用射頻(pin)發生器(qi)將(jiang)離子(zi)加熱到100萬攝(she)氏(shi)度(du)。在強(qiang)(qiang)大(da)的磁(ci)場(chang)(chang)中,離子(zi)以固定(ding)的頻(pin)率(lv)旋(xuan)轉,將(jiang)射頻(pin)發生器(qi)調(diao)諧(xie)到這個頻(pin)率(lv),給離子(zi)注入特強(qiang)(qiang)的能(neng)(neng)量,并不斷(duan)增加推(tui)進(jin)(jin)力。試(shi)驗初步證明,如(ru)果一切順利(li)(li),VASIMR等(deng)(deng)離子(zi)火(huo)(huo)箭將(jiang)能(neng)(neng)夠推(tui)動(dong)載人飛(fei)船在39天內到達火(huo)(huo)星。
可行性(xing):非(fei)常有(you)可能實現,但危(wei)險性(xing)很大。
在(zai)(zai)這十(shi)項(xiang)技(ji)術(shu)中(zhong),在(zai)(zai)普(pu)通人看來,最危險、最不計(ji)(ji)后(hou)果的(de)(de)一(yi)(yi)項(xiang)應該是(shi)(shi)核子脈沖推(tui)(tui)進(jin)技(ji)術(shu)。核子脈沖推(tui)(tui)進(jin)技(ji)術(shu)的(de)(de)基本思(si)(si)想就是(shi)(shi),在(zai)(zai)推(tui)(tui)進(jin)火(huo)箭的(de)(de)尾部定期(qi)扔出(chu)一(yi)(yi)個核彈,用作推(tui)(tui)動力的(de)(de)來源。這個匪(fei)夷所思(si)(si)的(de)(de)想法,卻恰恰是(shi)(shi)美國國防部高(gao)級(ji)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)計(ji)(ji)劃署提出(chu)的(de)(de)。高(gao)級(ji)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)計(ji)(ji)劃署的(de)(de)這項(xiang)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)計(ji)(ji)劃代號為“獵戶(hu)座計(ji)(ji)劃”,是(shi)(shi)1955年美國實(shi)實(shi)在(zai)(zai)在(zai)(zai)考(kao)慮過的(de)(de)一(yi)(yi)項(xiang)計(ji)(ji)劃。計(ji)(ji)劃的(de)(de)目標是(shi)(shi)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)一(yi)(yi)種適(shi)合快速(su)星際旅行的(de)(de)推(tui)(tui)進(jin)方案。在(zai)(zai)高(gao)級(ji)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)計(ji)(ji)劃署最終拿出(chu)的(de)(de)方案中(zhong),推(tui)(tui)進(jin)火(huo)箭被(bei)設(she)計(ji)(ji)成一(yi)(yi)個巨大的(de)(de)減震器,而且(qie)還有厚重的(de)(de)輻(fu)射屏蔽用于保(bao)護乘客(ke)的(de)(de)安全(quan)。
這(zhe)個方案看起來可(ke)(ke)(ke)行,但它可(ke)(ke)(ke)能會對大氣層造成嚴重的輻(fu)射問(wen)題。因此,到20世紀60年(nian)代該計劃最終未(wei)能真正實(shi)施。盡管存(cun)在許多擔憂(you),仍然有人在繼續研(yan)究核(he)子脈沖推進技術(shu)。理論上講,核(he)彈動力飛(fei)船(chuan)速(su)(su)度(du)可(ke)(ke)(ke)以(yi)達(da)到10%的光速(su)(su)。以(yi)這(zhe)樣的速(su)(su)度(du)到達(da)最近的恒星可(ke)(ke)(ke)能需要40年(nian)。
可(ke)行性:有可(ke)能,但最少要數(shu)十年之后。
依靠核(he)動力(li)的太空飛行技(ji)術并不是只有(you)核(he)子脈(mo)沖推進器,還有(you)其他的核(he)能(neng)利用方式(shi)。比如,在火(huo)箭(jian)上安裝(zhuang)一個(ge)裂(lie)變(bian)反(fan)應(ying)堆,利用裂(lie)變(bian)反(fan)應(ying)堆提供熱量(liang)噴(pen)射氣體,從(cong)而(er)產生(sheng)推動力(li)。不過,這種核(he)裂(lie)變(bian)動力(li)火(huo)箭(jian)與核(he)聚變(bian)動力(li)火(huo)箭(jian)相比,仍有(you)很大的差距。
在核聚(ju)(ju)變(bian)(bian)反(fan)應中,核子(zi)被迫進行(xing)聚(ju)(ju)合(he)從而產(chan)生(sheng)巨(ju)大(da)的(de)能(neng)量(liang)。大(da)多(duo)數的(de)聚(ju)(ju)變(bian)(bian)反(fan)應堆(dui)都是(shi)(shi)利用托卡馬(ma)克(ke)(ke)裝置(zhi)將燃料限制在一(yi)個(ge)磁場(chang)之(zhi)中來驅(qu)動聚(ju)(ju)變(bian)(bian)反(fan)應的(de)。但(dan)是(shi)(shi),托卡馬(ma)克(ke)(ke)裝置(zhi)太重,并不(bu)適合(he)用于火箭(jian)之(zhi)上(shang)。因此,核聚(ju)(ju)變(bian)(bian)動力火箭(jian)必須(xu)要采用另一(yi)種觸發聚(ju)(ju)變(bian)(bian)的(de)方法(fa),即慣性約束核聚(ju)(ju)變(bian)(bian)。這種設計(ji)以高能(neng)光束(通常是(shi)(shi)激光)來代替托卡馬(ma)克(ke)(ke)裝置(zhi)中的(de)磁常當聚(ju)(ju)變(bian)(bian)反(fan)應發生(sheng)后,磁場(chang)再引導熾熱離子(zi)噴向火箭(jian)尾(wei)部,實現核聚(ju)(ju)變(bian)(bian)火箭(jian)的(de)推進力。
可行(xing)性:存(cun)在巨大(da)技術挑戰。
所有推(tui)進火(huo)箭(jian)(jian),包括(kuo)上述的(de)核聚(ju)變動力火(huo)箭(jian)(jian),都存(cun)在一個相(xiang)同的(de)關鍵(jian)難題。為(wei)了(le)實(shi)現更快、更遠的(de)目標,火(huo)箭(jian)(jian)上必(bi)(bi)須要攜(xie)帶更多的(de)燃料,更多的(de)燃料必(bi)(bi)然會(hui)增(zeng)加火(huo)箭(jian)(jian)的(de)重量,進而會(hui)減(jian)小推(tui)進力。如果想實(shi)現星際間旅行(xing),就必(bi)(bi)須要避免(mian)這(zhe)種情況。于是,1960年,物(wu)理(li)學家羅(luo)伯特-布(bu)薩德(de)提(ti)出了(le)一種噴氣式引(yin)擎,布(bu)薩德(de)噴氣式引(yin)擎或(huo)許可(ke)以解決這(zhe)一難題。
布薩(sa)德(de)噴氣(qi)式(shi)引擎原理和(he)上(shang)述核聚變動力火箭一樣,但是它并不(bu)(bu)(bu)需要攜帶足(zu)夠的(de)核燃料(liao)。它首先是將周圍太空(kong)中(zhong)的(de)氫(qing)物質進(jin)行(xing)(xing)電離(li)(li)后(hou),然(ran)后(hou)利用強大的(de)磁場(chang)吸(xi)收這些氫(qing)離(li)(li)子作為燃料(liao)。雖然(ran)布薩(sa)德(de)噴氣(qi)式(shi)引擎方案沒有上(shang)述核聚變動力火箭中(zhong)的(de)反(fan)應堆問題,但是它所(suo)面臨的(de)問題是磁場(chang)大小的(de)問題。由于星際空(kong)間(jian)中(zhong)氫(qing)物質很少(shao),因此它的(de)磁場(chang)必須(xu)要足(zu)夠大才可行(xing)(xing),甚至要延伸到數千(qian)公(gong)里之外。除非(fei)是發射前進(jin)行(xing)(xing)精密的(de)計算,設計出飛(fei)船(chuan)飛(fei)行(xing)(xing)的(de)精確軌道,這樣就不(bu)(bu)(bu)用攜帶多余(yu)的(de)燃料(liao),也不(bu)(bu)(bu)再需要巨大的(de)磁常不(bu)(bu)(bu)過這種想(xiang)法又出現一個弊(bi)端(duan),那就是飛(fei)船(chuan)必須(xu)要按既定軌道飛(fei)行(xing)(xing),不(bu)(bu)(bu)得偏離(li)(li),而且從其他星球返程則變得更加困難。
可(ke)行性:完全(quan)有可(ke)能,但(dan)適應空間有限。
這是另一項不需(xu)要(yao)攜帶足夠燃(ran)料的(de)(de)技術,因而理論上講也可達到極高的(de)(de)速度(du),不過(guo)它往往需(xu)要(yao)一個(ge)時間過(guo)程才可完成(cheng)(cheng)這一目標(biao)。與傳統(tong)的(de)(de)利(li)用風力進行航行的(de)(de)帆(fan)船(chuan)相比(bi),太(tai)陽帆(fan)是從太(tai)陽光(guang)線中吸取能量(liang)。目前(qian),太(tai)陽帆(fan)推進技術已(yi)在地球(qiu)的(de)(de)真空(kong)室內取得試驗成(cheng)(cheng)功。然(ran)而,在太(tai)空(kong)軌(gui)道上實施相關試驗則以不幸(xing)而告(gao)終(zhong)。比(bi)如,2005年,世界(jie)上最大的(de)(de)業余(yu)太(tai)空(kong)科學組織(zhi)美(mei)國行星(xing)協(xie)會研制了一艘(sou)名為“宇宙1號”的(de)(de)太(tai)空(kong)飛船(chuan),它的(de)(de)太(tai)陽帆(fan)運(yun)載火箭因故障而墜(zhui)毀(hui)。
盡管在技(ji)術的萌芽階段(duan)出現許多(duo)問題(ti),但是太(tai)陽帆(fan)仍然是一個(ge)非常有希望的未來太(tai)空技(ji)術。至(zhi)少它可(ke)以保證在太(tai)陽系內飛行(xing),太(tai)陽的光(guang)線可(ke)以為它提供最強大的推進力。將(jiang)來,人類(lei)將(jiang)可(ke)能(neng)會主要利(li)用太(tai)陽能(neng)實現星(xing)際間旅行(xing)。
可行性:只(zhi)適合相對(dui)較近距離太空(kong)旅(lv)行,如太陽系內(nei)。
與太(tai)(tai)陽帆(fan)(fan)不同的(de)(de)是(shi),磁(ci)場(chang)帆(fan)(fan)是(shi)由(you)太(tai)(tai)陽風(feng)提(ti)供(gong)(gong)推(tui)動力,而不是(shi)由(you)光線(xian)提(ti)供(gong)(gong)推(tui)動力。太(tai)(tai)陽風(feng)是(shi)一(yi)種(zhong)擁(yong)有自(zi)己磁(ci)場(chang)的(de)(de)帶(dai)電粒(li)子流(liu)。科(ke)學家提(ti)出,在(zai)(zai)太(tai)(tai)空飛(fei)船(chuan)周(zhou)圍(wei)制造一(yi)個與太(tai)(tai)陽風(feng)磁(ci)場(chang)相(xiang)排(pai)斥(chi)的(de)(de)磁(ci)場(chang),這(zhe)樣就(jiu)可利用(yong)磁(ci)場(chang)的(de)(de)排(pai)斥(chi)力推(tui)動太(tai)(tai)空飛(fei)船(chuan)飛(fei)行(xing)。與此相(xiang)近的(de)(de)相(xiang)關技術(shu)還有“太(tai)(tai)空蛛網(wang)”技術(shu),這(zhe)種(zhong)技術(shu)就(jiu)是(shi)在(zai)(zai)太(tai)(tai)空飛(fei)船(chuan)周(zhou)圍(wei)延伸出一(yi)個帶(dai)正電的(de)(de)電網(wang),這(zhe)樣的(de)(de)電網(wang)可以(yi)與太(tai)(tai)陽風(feng)中的(de)(de)大量的(de)(de)陽離子相(xiang)排(pai)斥(chi),從而獲得推(tui)進力。
不管是磁場(chang)帆,還是“太空蛛網(wang)”技術,都是在利用磁場(chang)進(jin)行“沖浪”,磁場(chang)力使(shi)得太空船能夠改(gai)變(bian)軌道(dao),甚至駛(shi)離行星際空間。然而,太陽帆和(he)磁場(chang)帆都不適合恒星間旅行。當它(ta)們遠離太陽時,光線(xian)和(he)太陽風的(de)強度都急劇下降。因(yin)此,在太陽系外,它(ta)們沒有足夠的(de)動力駛(shi)往其(qi)它(ta)恒星。
可行性:存(cun)在極大(da)的技術挑戰(zhan)。
既然太(tai)陽不(bu)足以(yi)推動恒星際太(tai)空飛船,于(yu)是有科學家(jia)提(ti)出了激光(guang)動力推進器技(ji)術,利用一束(shu)強(qiang)大(da)的(de)(de)(de)激光(guang)將(jiang)(jiang)飛船推向太(tai)空,其中一項技(ji)術就(jiu)是“激光(guang)燒蝕”技(ji)術。所(suo)謂的(de)(de)(de)“激光(guang)燒蝕”就(jiu)是利用強(qiang)大(da)的(de)(de)(de)激光(guang)來燒蝕飛船尾(wei)部的(de)(de)(de)特(te)殊金屬,金屬逐漸蒸發形成蒸汽(qi)從而(er)提(ti)供推進力。另一種相(xiang)似(si)的(de)(de)(de)技(ji)術就(jiu)是由物理(li)學家(jia)和(he)科幻小說家(jia)格里高利-本福德(de)所(suo)提(ti)出的(de)(de)(de)太(tai)陽帆技(ji)術,就(jiu)是在太(tai)空飛船上安(an)裝一種太(tai)陽帆,太(tai)陽帆上涂有一層特(te)殊的(de)(de)(de)油(you)漆(qi)。從地面之上發送微(wei)波(bo)束(shu),微(wei)波(bo)束(shu)“燃(ran)燒”特(te)殊油(you)漆(qi)中的(de)(de)(de)分子從而(er)產生推進力。這種技(ji)術或(huo)許(xu)將(jiang)(jiang)使得(de)行(xing)星際間(jian)旅行(xing)更(geng)快。
激光動力推(tui)進(jin)技術也存(cun)在(zai)(zai)許多重大挑戰。首先,激光束(shu)必須(xu)要精確聚焦于飛船之下,即使(shi)距離再遠,激光束(shu)都(dou)不能(neng)(neng)有絲毫(hao)誤差。否則,飛船會因(yin)為得不到足夠(gou)的能(neng)(neng)量而墜毀。其(qi)次,激光束(shu)生成(cheng)設施的功率必須(xu)要超級強大。在(zai)(zai)某種(zhong)情況下,它所(suo)需要的能(neng)(neng)量可能(neng)(neng)會比人類目前(qian)所(suo)有的能(neng)(neng)量輸(shu)出還要大得多。
可(ke)行性:不(bu)太可(ke)能。
1994年,威爾士大學物理學家(jia)米古爾-阿爾庫比(bi)列提出了星際物質利用技(ji)術。在(zai)這種(zhong)設想中(zhong),飛(fei)(fei)船推進力主(zhu)要由(you)一(yi)種(zhong)至今未被發現的物質--“外星”物質提供(gong)。這是一(yi)種(zhong)粒子,具(ju)有負(fu)質量和負(fu)壓力。它可以扭曲時空,從而使飛(fei)(fei)船快(kuai)速接近前方的空間,而后方的空間在(zai)不斷擴張。飛(fei)(fei)船就好像處于(yu)一(yi)個不斷膨脹的泡泡中(zhong),可以飛(fei)(fei)得比(bi)光速快(kuai),而且不會(hui)違背(bei)相對論的原理。
然而,阿爾(er)庫比(bi)列的(de)(de)技術思想存(cun)在許(xu)多(duo)問(wen)題。首先(xian),為了維持(chi)這種(zhong)時空扭(niu)曲,需要(yao)巨大(da)的(de)(de)能量(liang),這種(zhong)能量(liang)或許(xu)會(hui)比(bi)整個宇宙(zhou)的(de)(de)全部(bu)能量(liang)都要(yao)大(da)。其次,這種(zhong)驅動器(qi)可能會(hui)釋(shi)放出大(da)量(liang)的(de)(de)輻射物(wu),嚴重威脅飛船(chuan)乘客的(de)(de)生命(ming)安全。此(ci)外,關于這種(zhong)外星物(wu)質是否存(cun)在,至今未有定論。因此(ci),從(cong)物(wu)理學上講,很難(nan)實(shi)現(xian)這種(zhong)扭(niu)曲的(de)(de)泡泡。
可(ke)行性:完全(quan)不(bu)可(ke)能。
既然(ran)有人可以想到時(shi)空(kong)(kong)扭曲,于是(shi)就(jiu)有其(qi)他科學家(jia)想到了時(shi)空(kong)(kong)隧(sui)道(dao)。他們認(ren)為,或(huo)許(xu)利用蟲(chong)(chong)洞(dong)(dong)可以實現這一想法。蟲(chong)(chong)洞(dong)(dong)的(de)(de)(de)概念是(shi)由(you)美(mei)國著名(ming)物理(li)學家(jia)約翰-威勒爾提出的(de)(de)(de),意思(si)是(shi)宇(yu)宙中可能(neng)存(cun)在的(de)(de)(de)連(lian)接(jie)兩個(ge)不同時(shi)空(kong)(kong)的(de)(de)(de)狹窄隧(sui)道(dao)。關鍵(jian)的(de)(de)(de)問題(ti)是(shi),蟲(chong)(chong)洞(dong)(dong)確實存(cun)在嗎?如(ru)果存(cun)在,我們是(shi)否(fou)能(neng)夠穿越它們?然(ran)而,這些問題(ti)至今沒有答案。可能(neng)與上述的(de)(de)(de)未知外星物質(zhi)一樣,蟲(chong)(chong)洞(dong)(dong)并不存(cun)在。
20世紀90年代,物理(li)學(xue)(xue)家(jia)塞爾古(gu)-科(ke)拉斯尼科(ke)夫(fu)又提出了另一種蟲洞概(gai)(gai)念。然而,所(suo)有(you)這些蟲洞理(li)論(lun)都不(bu)能提供蟲洞確切存在的(de)證據,更無法提出一種切實(shi)可行的(de)時空(kong)穿梭方法。如果科(ke)學(xue)(xue)家(jia)們(men)能夠找(zhao)到答(da)案的(de)話,那么太空(kong)飛船的(de)速度將不(bu)僅僅是光速的(de)概(gai)(gai)念。
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