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星际旅行真的可能实现吗?

2019-09-16 18:12 来源:未知 热度: 0 /
星际旅行真的可能实现吗?




  图为“突破摄星”项目探测器抵达潜在的类地行星比邻星b的概念图。飞船光帆的一角可以看到代表激光的线条

 

据国外媒体报道,星际旅行不仅是许多人孩提时期的幻想,更是科幻作品的常见题材,随着火箭和太空探索技术不断发展,有人甚至有了更大胆的想法:我们能殖民其它恒星吗?或者稍微降低一点难度,能否至少发送一些太空探测器到其它行星上、借此一窥外面的世界呢?

从技术上来说,星际旅行和探索的确是有可能实现的,至少没有物理法则直接否认这种可能性,但“有可能实现”并不意味着“很容易实现”,也许我们终其一生也无法见到这一日的来临,更别提在本世纪结束之前实现了。简而言之,星际旅行是块很难啃的硬骨头。

飞向外太空

 

要开展星际探索,首先要有足够的耐心。我们已经发射了几枚按逃逸轨道飞行的探测器,这意味着它们的目标是飞出太阳系,此生将永远有去无回。

NASA的先驱号、旅行者号、以及新视野号任务都是如此,它们都已踏上了漫漫征程。如果将太阳系边界定义为星系背景粒子和尘埃密度超过太阳风的界限,那么旅行者号目前应该已经离开了太阳系。

因此好消息是,我们已经有了正在运行的星际空间探测器;但坏消息是,它们短时间内还无法抵达任何目的地。

每枚探测器的运行速度约为每小时几十万公里,听上去似乎挺快的,但事实并非如此。它们并未瞄准某颗特定的恒星,因为它们的任务原本是探索太阳系内的行星。假设它们的目标是距地球最近的恒星比邻星的话,大约要8万年才能走完这段长约4光年的旅程。

NASA肯定没准备这么大的预算,况且这些探测器的核电池也坚持不了这么长时间,最终这些探测器都会变成一块块毫无作用的金属,在虚空中呼啸而过。创造了这些太空垃圾也可以算是一项前无古人的“功绩”,但和我们想象中的星际旅行显然大相径庭。

太空竞速

 

星际飞行要想有所收获,探测器必须飞得足够快才行,至少要达到光速的十分之一。这样一来,太空飞船只要几十年就能飞到比邻星了,传回的图片也只要几年就能到达地球,很多人有生之年都有机会一饱眼福。如果能让项目参与者们做到“有始有终”,岂不是很好吗?

 

宇宙飞船需要耗费大量能量才能达到这样的速度。我们可以让飞船以燃料的形式携带所需能量,但这样一来,飞船就会过重,很难加速到所需速度,已经有人设计出了采用该模式的核动力飞船、并画出了草图,但这相当于在一艘飞船上携带数十万颗核弹,显然不切实际,因此我们还要想想别的办法才行。

也许最好的办法是,让能量的源头固定不动,然后在飞船行进过程中、设法将能量运送到飞船上。利用激光也许可以实现这一点,因为辐射很适合用于将能量从一处转移到另一处,尤其适合长距离传输,这些能量随后会被飞船捕获,推动飞船向前运行。

这就是“突破摄星”项目的基本原理。该项目的目标是设计出一款能在几十年内抵达邻近恒星的宇宙飞船。简单来说,该项目计划在宇宙飞船上安装一面反光率极高的大型太阳帆,将飞船送入绕地轨道,然后用一束功率达数百兆瓦的激光瞄准飞船,从而为其提供飞行动力。

问题是,一道100兆瓦的激光只能推动一个书包那么重的物体。因此,假设我们用激光瞄准飞船10分钟,为了让飞船达到光速的十分之一,飞船的质量必须小于一克才行,和一枚回形针差不多重。

袖珍飞船

 

有了基本思路还不够,实际操作才是最大的挑战。100兆瓦的激光远比我们目前造出过的激光功率高好多个数量级,相当于美国所有核电站发电功率的总和。

此外,飞船的质量不能超过一克,却必须“五脏俱全”,摄像机、计算机、电源、电路、外壳、天线和光帆一个都不能缺。光帆的反光率还必须接近百分之百,因为哪怕它只吸收了一丁点激光辐射,也会将该能量转化为热能。在激光功率达100兆瓦的情况下,转化的热能会将飞船瞬间融化,这对飞船来说可不是什么好事。

等设法加速到了光速的十分之一后,真正的旅程才刚刚开始。在接下来的40年里,这艘小小的飞船将会经受来自星际空间的各种考验,它会受到尘埃颗粒的高速冲击,尽管这些颗粒很小,但运行速度极快,因此破坏力十分惊人。

此外,宇宙中各类天体都会发射由高能粒子构成的宇宙射线。飞船刚刚踏上旅途,就会受到这些宇宙射线永不停歇的轰炸,飞船内部精密的电路系统也会因此受到干扰。

那么,“突破摄星”项目有可能实现吗?从原理上来说是可以的。正如前文所说,没有任何一条物理法则明确排除了这种可能性,但利用我们现有的技术(或短期内可能出现的新技术),星际旅行必将困难重重、甚至根本无法实现。我们真能造出这么小、这么轻的飞船吗?我们真能造出如此强大的激光吗?这样的任务真的能经受住深空环境中的种种挑战吗?

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