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未来十大太空技术:时空扭曲很难实现

发布时间:2022-06-28 01:50:45 来源:乐橙彩票 作者:乐橙app注册


  据英国《新科学家》网站报道,随着太空技术的飞速发展,人类所发现的宇宙空间越来越大,但是一些关键的太空飞行难题仍在制约着人类飞往更远太空的梦想。为了飞得更远这个目标,科学家们研究了多种新技术和新思想,用于未来的太空旅行计划。近日,《新科学家》网站对其中的十种未来太空技术进行了介绍和分析,并逐一评估其实现的可能性。

  以下就是科学家认为未来可能的十种太空技术,尽管其中部分技术几乎是不可能实现的。

  传统的火箭是通过尾部喷出高速的气体实现向前推进的。离子推进器也是采用同样的喷气式原理,但是它并不是采用燃料燃烧而排出炽热的气体,它所喷出的是一束带电粒子或是离子。它所提供的推动力或许相对较弱,但关键的是这种离子推进器所需要的燃料要比普通火箭少得多。只要离子推进器能够长期保持性能稳定,它最终将能够把太空飞船加速到更高的速度。

  相关技术目前已经应用到一些太空飞船上,比如日本的“隼鸟”太空探测器和欧洲的“智能1号”太空船等,而且技术已经取得了很大的进步。未来最有希望成为更远外太空旅行飞船推进器的可能就是VASIMR等离子火箭。这种火箭与一般的离子推进器稍有不同。普通的离子推进器是利用强大的电磁场来加速离子体,而VASIMR等离子火箭则是利用射频发生器将离子加热到100万摄氏度。在强大的磁场中,离子以固定的频率旋转,将射频发生器调谐到这个频率,给离子注入特强的能量,并不断增加推进力。试验初步证明,如果一切顺利,VASIMR等离子火箭将能够推动载人飞船在39天内到达火星。

  在这十项技术中,在普通人看来,最危险、最不计后果的一项应该是核子脉冲推进技术。核子脉冲推进技术的基本思想就是,在推进火箭的尾部定期扔出一个核弹,用作推动力的来源。这个匪夷所思的想法,却恰恰是美国国防部高级研究计划署提出的。高级研究计划署的这项研究计划代号为“猎户座计划”,是1955年美国实实在在考虑过的一项计划。计划的目标是研究一种适合快速星际旅行的推进方案。在高级研究计划署最终拿出的方案中,推进火箭被设计成一个巨大的减震器,而且还有厚重的辐射屏蔽用于保护乘客的安全。

  在核聚变反应中,核子被迫进行聚合从而产生巨大的能量。大多数的聚变反应堆都是利用托卡马克装置将燃料限制在一个磁场之中来驱动聚变反应的。但是,托卡马克装置太重,并不适合用于火箭之上。因此,核聚变动力火箭必须要采用另一种触发聚变的方法,即惯性约束核聚变。这种设计以高能光束(通常是激光)来代替托卡马克装置中的磁场。当聚变反应发生后,磁场再引导炽热离子喷向火箭尾部,实现核聚变火箭的推进力。

  所有推进火箭,包括上述的核聚变动力火箭,都存在一个相同的关键难题。为了实现更快、更远的目标,火箭上必须要携带更多的燃料,更多的燃料必然会增加火箭的重量,进而会减小推进力。如果想实现星际间旅行,就必须要避免这种情况。于是,1960年,物理学家罗伯特-布萨德提出了一种喷气式引擎,布萨德喷气式引擎或许可以解决这一难题。

  布萨德喷气式引擎原理和上述核聚变动力火箭一样,但是它并不需要携带足够的核燃料。它首先是将周围太空中的氢物质进行电离后,然后利用强大的磁场吸收这些氢离子作为燃料。虽然布萨德喷气式引擎方案没有上述核聚变动力火箭中的反应堆问题,但是它所面临的问题是磁场大小的问题。由于星际空间中氢物质很少,因此它的磁场必须要足够大才可行,甚至要延伸到数千公里之外。除非是发射前进行精密的计算,设计出飞船飞行的精确轨道,这样就不用携带多余的燃料,也不再需要巨大的磁场。不过这种想法又出现一个弊端,那就是飞船必须要按既定轨道飞行,不得偏离,而且从其他星球返程则变得更加困难。

  这是另一项不需要携带足够燃料的技术,因而理论上讲也可达到极高的速度,不过它往往需要一个时间过程才可完成这一目标。与传统的利用风力进行航行的帆船相比,太阳帆是从太阳光线中吸取能量。目前,太阳帆推进技术已在地球的真空室内取得试验成功。然而,在太空轨道上实施相关试验则以不幸而告终。比如,2005年,世界上最大的业余太空科学组织美国行星协会研制了一艘名为“宇宙1号”的太空飞船,它的太阳帆运载火箭因故障而坠毁。

  与太阳帆不同的是,磁场帆是由太阳风提供推动力,而不是由光线提供推动力。太阳风是一种拥有自己磁场的带电粒子流。科学家提出,在太空飞船周围制造一个与太阳风磁场相排斥的磁场,这样就可利用磁场的排斥力推动太空飞船飞行。与此相近的相关技术还有“太空蛛网”技术,这种技术就是在太空飞船周围延伸出一个带正电的电网,这样的电网可以与太阳风中的大量的阳离子相排斥,从而获得推进力。

  既然太阳不足以推动恒星际太空飞船,于是有科学家提出了激光动力推进器技术,利用一束强大的激光将飞船推向太空,其中一项技术就是“激光烧蚀”技术。所谓的“激光烧蚀”就是利用强大的激光来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。另一种相似的技术就是由物理学家和科幻小说家格里高利-本福德所提出的太阳帆技术,就是在太空飞船上安装一种太阳帆,太阳帆上涂有一层特殊的油漆。从地面之上发送微波束,微波束“燃烧”特殊油漆中的分子从而产生推进力。这种技术或许将使得行星际间旅行更快。

  1994年,威尔士大学物理学家米古尔-阿尔库比列提出了星际物质利用技术。在这种设想中,飞船推进力主要由一种至今未被发现的物质--“外星”物质提供。这是一种粒子,具有负质量和负压力。它可以扭曲时空,从而使飞船快速接近前方的空间,而后方的空间在不断扩张。飞船就好象处于一个不断膨胀的泡泡中,可以飞得比光速快,而且不会违背相对论的原理。

  既然有人可以想到时空扭曲,于是就有其他科学家想到了时空隧道。他们认为,或许利用虫洞可以实现这一想法。虫洞的概念是由美国著名物理学家约翰-威勒尔提出的,意思是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。关键的问题是,虫洞确实存在吗?如果存在,我们是否能够穿越它们?然而,这些问题至今没有答案。可能与上述的未知外星物质一样,虫洞并不存在。

  我们通常能够看到的宇宙空间通常是三维的。不过德国物理学家巴克哈德-海姆提出,如果宇宙中存在更多空间维数,飞船则可以穿行其中,实现极端速度。这种极速飞船可以在几分钟内到达月球,飞抵火星只要2.5个小时,而到达半人马座阿尔法星系也只需要80天。然而,这种思想实在难以理解,海姆的理论从来没有得到过同行们的认可。

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