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科幻电影中经常出现需要长距离星际旅行的故事情节,那么在现实中,星际旅行要如何实现呢?一、火箭推进的弊端
1. 火箭推进的本质是工质推进,给液氢、液氧的混合燃料点火,靠向后喷射工质来产生推力。在整个火箭的结构中,卫星所占的比重很小,火箭的大部分质量都被燃料占据了;
2. 进入太空之后火箭的运动就很顺利了,火箭的燃料主要用于在飞出大气层之前克服空气阻力;
3. 所以火箭无法支持长距离的太空旅行,因为没有办法补给燃料。目前已经飞离地球的飞行器,也无法在太空中进行难度太高的操作;
二、太阳能帆
4. 星际旅行中其实不需要推进器提供很大的加速度,因为太空中基本没有摩擦阻力,所以可以利用光压来加速;
5. 光帆就是一种可以在太空中产生光压的装置。光帆的外形有点类似于人造卫星的太阳能板,先从宇宙中吸收能量,再以光的形式释放出来;
光帆
6. 虽然光压产生的加速度很小,无法在短时间内提供很大的加速度,但是光压的产生无需燃料,可以持续输出;
三、霍尔推进与核动力推进
7. 霍尔推进器是利用霍尔效应来提供动力的一种推进器。霍尔推进器的原理是把稀有气体中的电子分离出来,形成离子,再由电场加速推出;
霍尔推进器
8. 另一种推进方式是核动力推进,利用核聚变产生的辐射提供推力。因为在宇宙中没有空气,无法产生冲击波,所以依靠的是电磁辐射;
上世纪NASA研发的核动力火箭内部结构
9. 宇宙中有大量的稀有气体和原子质量较轻的物质,可以作为霍尔推进器和核聚变的原料。
光帆应该可以自由收缩吧?否则感觉太不方便 无工质推进像霍尔推进器这些在太空中广泛应用大概需要多少年?
严伯钧 回复 @月色SSS: 不用啊 我们直觉上觉得不方便是因为有空气阻力,但太空里不存在这个问题。你看《流浪地球》和《星际穿越》里,宇宙飞船的造型都很庞大,因为更多需要满足的是使用需求,而不是飞行需求。霍尔推进器目前已经应用在卫星转向上了,作为真正的引擎还需要多久很难估计。
磁悬浮加速器的实施过程能不能借鉴维珍银河用飞机发射火箭的方式呢,“甩”到一定高度后再启动气尖引擎把火箭推出地球,进入太空?
严伯钧 回复 @Kevin___Chen: 这个实现过吗?
三体里面的恒星际舰队好像就是无工质推进,但好像没有细节说明。(也好像是核能推进,忘了) 反冲运动不好搞燃料部分,太大了,但火箭🚀香呀呀呀便宜😂。 霍尔元件放大版,听着就不容易。
严伯钧 回复 @路痴弟弟呀: 而且我在想,霍尔推进器要想收集燃料也不容易,除非它有一个大型的类似于吸尘器的设备,否则只能吸收很小空间范围内的工质。
宇宙中几乎是真空状态,阻力可以忽略。我们瞄准了一个点,点到点没有物体阻隔,用引力弹弓效应直接弹过去有没有可能实现永久飞行,甚至接近光速,不考虑载人。如果我们又能建设永久的中间站,点对点飞行岂不是更简单,安全系数更高,不合适可以继续居住,或者回来?
严伯钧 回复 @烈焰凌飞: 永久中间站也需要消耗能量啊,除非选址非常好有大量能量经过。
现在好像有一种利用马赫效应的推进器:当你加速一个物体时,会轻微改变其质量,这种质量的波动反过来能产生推进效应——向一个方向推动飞船,而且不需要喷射推进剂
严伯钧 回复 @心之水滴_ot: 我也是第一次听说,动量还守恒吗?
让我想起来《异形-契约》刚一开始,人类宇宙飞船张开了类似光帆的设备,但碰到了一个突发事件,飞船差点解体
严伯钧 回复 @李强_G0: 哈哈 剧情需要。
以后有了可控核聚变,能不在做个环月的基地,在那发射大型火箭推进器,把飞船推到………比如火星去。月亮上氦3不是多么
严伯钧 回复 @高百万1: 确实是个构想,我也认为可以。
曲率飞船是不是无工质推进???????????????????????????????????
严伯钧 回复 @锦鲤是帅哥: 算是吧。
既然说了无工质推进,也顺遍说下emdriver吧,不是说已经有人在航天器上做实验了吗。
严伯钧 回复 @ugrg: 本质上就是利用了电磁波的动量。
这个感觉好有趣啊,在订阅后那么久了才听到,,,,感觉有点悬 一个物理学渣听着超有感觉,像是讲故事一样,把知识点都连成了好多遐想的美丽世界,既有趣又能get到知识,若是我的老师也能给我这样讲故事,那我的物理课堂可能不会睡觉啦!以上只是感想,还是要好好听课的,这些只能当成一种课外阅读开阔视野罢了。我感觉非常非常非常棒哦哦哦!
严伯钧 回复 @咯考虑就说: 哈哈,有些订阅好像是喜马为了推广自动操作的,也是缘分。