人類能在短期內造出光速飛船嗎?痴人做夢!那無工質驅動算捷徑嗎?

2020-10-18 星辰大海種花家

也許這個話題得開大了腦洞來討論,要不然現在這個30千米/秒的速度都還沒達到的時代來討論30萬千米/秒的速度,簡直比乞丐打算過上帝王般的待遇還要難,因為乞丐還有一條2塊錢通向成功的道路,但達到光速,除了科技進步之外,就只能是科技進步了!

一、人類達到的極速有多快?

說起極速各位想到的第一個速度就是旅行者一號達到的17千米/小時,這曾經讓大家津津樂道了很久,按各位不知道的是它是如何達到這個速度的?達到這個速度又有多難!

1、旅行者的速度

藍色線路就是旅行者一號的路徑,它得到土星的引力彈弓加速後就直接脫離太陽系黃道面,朝著蛇夫座方向,一去再也不復返了!因為它從土星軌道上脫離的時候已經超過了太陽在此處的逃逸速度,因此它再也不會被太陽的引力所拉回!

旅行者一號的最高速度為16.974千米/秒,看上去很高是嗎?那是有了木星和土星的引力彈弓加速所致,人類的火箭技術還是有所欠缺!

2、新視野號的速度

相對於1977年發射的旅行者,2006年1月19日發射的新視野號時推進技術明顯要好很多!將新視野號送上近地軌道的是國宇宙神-V551型(Altas-V551)火箭和半人馬座火箭,最終由STAR 48B固體燃料火箭衝脫離地球軌道!它跨越地月軌道距離僅用9個小時,13個月到達木星軌道,14年左右的時間到達冥王星,相比旅行者二號的22年,整整提早了8年(旅行者一號沒有訪問冥王星)!

新視野號的極速是: 掠過木星軌道時速度達到了21.219千米/秒

3、帕克的速度

其實帕克速度是最高的,但帕克前往太陽系內部,儘管這比前往太陽系外可能要更難一些,因為有角動量守恆,帕克的速度會達到極高,因此需要不斷減速才能進入環太陽數百萬千米的橢圓軌道,它用的是引力彈弓減速!

帕克的減速過程,帕克的近日點時飛行速度高達72萬千米/小時,約合200千米/秒!當然這是作弊的速度,所以我們僅僅了解一下!

3、人類真正用動力達到的最快速度,是一個井蓋!

1957年8月,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室進行了一次核武器測試,由於計算失誤,原本只打算1KG當量的實驗最後爆炸時的當量超過300噸TNT,這直接讓150深度的井頂端厚達10CM,重大數百千克的井蓋直衝雲霄,而在周圍的監控攝像機只記錄下了1幀圖像,甚至不足以計算它的速度(至少要兩幀,計算間隔時間與距離,最終計算出速度),但據估計這個井蓋的速度超過了70千米/秒!它的加速度高達 10^8 - 10^10 m/s^2!

這個速度似乎仍然令各位失望,因為它並沒有超過派克近日點的極速,不過並不需要在意,因為帕克的速度引力勢能,並非真正的加速所達到,因此我們仍然認為井蓋是有史以來速度最快的人造物體!

二、人類還有有哪些壓箱底的推進技術?

化學推進最後的絕唱也許就是新視野號了,那幾乎是不惜代價換來前所未有的速度到達冥王星,未來的行星際推進發動機不可能再用化學火箭,那麼我們有哪幾種推進器可選呢?

1、光帆推進?

光帆2在2019年 6月25日從甘迺迪航天中心搭乘SpaceX的「獵鷹重型」火箭發射升空,7月23日,「光帆2」號成功部署了其搭載的太陽帆!在陽光動力下,4天時間裡,光帆2號的軌道高度提升了約2千米,當然論證陽光動力早已被證實,但距離實用仍然有比較遠的距離,另一個問題是其面積實在太大,因為每平方米僅僅只能產生9×10^-6牛頓!因此需要一個平方千米級別的帆才能獲得滿意的加速度,如果是載人飛船的話,這個面積還需加大1個數量級!

2、離子電推進?

這個原理其實挺簡單,將介質高溫成為等離子體後,通過電場將離子加速向後噴出的反推,作為發動機的推進動力,而多餘的電子則通過電子槍注入後方的離子羽流中和,避免飛船的電荷積累!

上圖是離子發動機的結構原理

上圖是離子發動機測試,其藍色的羽流有一種不真實的感覺,這種發動機至少要在未來百年時間內撐起太陽系內的行星際間旅行,它的加速可以在數月內往返火星,甚至更快,當然這需要我們提升離子發動機效率,研製出牛級甚至數十牛數百牛的離子發動機!

3、暴力的核裂變推進?

曾經這是獵戶座飛船(非NASA的獵戶座飛船)的創意,但這喪心病狂的計劃是不可能的地面實施的,因為它的想法是在飛船後面丟核彈,爆炸的衝擊波推進飛船,當然偽紀錄片《撤離地球》也是這個創意,但這不可行,這核彈一路丟,汙染實在有點大!

在太空中似乎也能接受,畢竟本來輻射就很強,也不差這麼點,但這核彈需要從地表送到太空,想想就不寒而慄!

這個規模的飛船用核裂變推進也是醉了,但拯救文明,只有一次機會,選擇最保險的技術似乎情有可原!

似乎還有用聚變的代達羅斯計劃,不過到現在為止核聚變還在天上飛呢,咱就不多廢話了!

三、哪些技術才能達到或者超過光速?

從相對論的角度來看是沒有,很簡單是因為質增效應會導致我們找不到如此無限推力的發動機,因此再推力再大的發動機它也有一個極速,一個難以逾越的光速屏障!

因此必須有一種能跨越質增效應的引擎出現,當然本例中能找到的引擎依然是各位所熟悉的曲速引擎,這種傳說中存在的引擎可以改變空間的曲率,以空間壓縮和拉伸的彈性推動飛船,因為只有空間膨脹達到的速度才不受光速限制!比如宇宙膨脹導致144.2億光年外的天體正以超過光的速度離開我們,或者我們正以光的速度離開它們一樣,不受各種相對論的光速效應約束!

但它需要傳說中的負能量,能使空間膨脹的能量,迄今為止,似乎暗能量可以,但自提出這個概念以來,我們就沒有見過暗能量長什麼樣,僅僅存在於宇宙膨脹的概念中!

蟲洞的概念從理論上也是可以成立,但卻不是黑洞與白洞的連接,各位可以忽略,但這仍然需要和空間打交道,而到現在為止,我們對空間的了解遠遠不夠,甚至造成空間膨脹都還雲裡霧裡!而科幻片《星際穿越》中甚至都懶得交代那個蟲洞是如何建立的,因為就是外星人贈送給地球人的禮物!這個理由你信服不?

四、有捷徑嗎?

蟲洞就是捷徑,但我們無法製造蟲洞,也找不到蟲洞,因此只能在黎明前的黑暗中摸索,但我們從一種非常規的引擎中發現了一個新天地,當然這並不表示這種引擎真的成立,而是一種思路,一個能從現代科學體系中跳躍出來的思維!

2004年英國人羅傑.蘇牙發明了一種不需要工質的電磁發動機,其原理是利用一個諧振腔在來回反射的微波中引出獲取動力!

它的出現似乎打破了牛頓的作用與反作用力定律,但它還是屬於常規的能量守恆發動機,因為它需要輸入強大的微波能量!

Q很關鍵,是諧振腔品質因數Q,超導可以使他的值提升幾個數量級,這將是一個非常誘人的數值,儘管它當前的推力可以忽略不計!

這是一種打破常規的引擎,從出現開始到現在,已經有多家研究機構投入大量的人力物力來驗證,包括中國西工大的楊娟教授,還有2016年時NASA也都進行了驗證,傳聞都真真假假,我們並不清楚這種技術是否屬實,未來是否有應用前景!

但從另一個角度來審視整個過程,我們發現可能在某些技術上應用技術可能會先出現,理論可能隨後才能跟上,在人類科技發展過程中並非不存在類似的狀況,那麼我們有一個小小的願望,希望這種能跨越光速的曲速引擎早日實現,畢竟科克船長正打算2063年和瓦肯星史波克大使相會呢,如果不實現曲速引擎,我們拿什麼發動機來跨越和瓦肯星之間相隔16光年的距離?

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