據(jù)英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站報(bào)道,隨著太空技術(shù)的飛速發(fā)展,人類所發(fā)現(xiàn)的宇宙空間越來越大,但是一些關(guān)鍵的太空飛行難題仍在制約著人類飛往更遠(yuǎn)太空的夢(mèng)想。為了飛得更遠(yuǎn)這個(gè)目標(biāo),科學(xué)家們研究了多種新技術(shù)和新思想,用于未來的太空旅行計(jì)劃。近日,《新科學(xué)家》網(wǎng)站對(duì)其中的十種未來太空技術(shù)進(jìn)行了介紹和分析,并逐一評(píng)估其實(shí)現(xiàn)的可能性。
以下就是科學(xué)家認(rèn)為未來可能的十種太空技術(shù),盡管其中部分技術(shù)幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。
1. 離子推進(jìn)器
離子推進(jìn)器
可行性:數(shù)年后或?qū)?shí)現(xiàn)。
傳統(tǒng)的火箭是通過尾部噴出高速的氣體實(shí)現(xiàn)向前推進(jìn)的。離子推進(jìn)器也是采用同樣的噴氣式原理,但是它并不是采用燃料燃燒而排出熾熱的氣體,它所噴出的是一束帶電粒子或是離子。它所提供的推動(dòng)力或許相對(duì)較弱,但關(guān)鍵的是這種離子推進(jìn)器所需要的燃料要比普通火箭少得多。只要離子推進(jìn)器能夠長期保持性能穩(wěn)定,它最終將能夠把太空飛船加速到更高的速度。
相關(guān)技術(shù)目前已經(jīng)應(yīng)用到一些太空飛船上,比如日本的“隼鳥”太空探測(cè)器和歐洲的“智能1號(hào)”太空船等,而且技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。未來最有希望成為更遠(yuǎn)外太空旅行飛船推進(jìn)器的可能就是VASIMR等離子火箭。這種火箭與一般的離子推進(jìn)器稍有不同。普通的離子推進(jìn)器是利用強(qiáng)大的電磁場(chǎng)來加速離子體,而VASIMR等離子火箭則是利用射頻發(fā)生器將離子加熱到100萬攝氏度。在強(qiáng)大的磁場(chǎng)中,離子以固定的頻率旋轉(zhuǎn),將射頻發(fā)生器調(diào)諧到這個(gè)頻率,給離子注入特強(qiáng)的能量,并不斷增加推進(jìn)力。試驗(yàn)初步證明,如果一切順利,VASIMR等離子火箭將能夠推動(dòng)載人飛船在39天內(nèi)到達(dá)火星。
2. 核子脈沖推進(jìn)器
核子脈沖推進(jìn)器
可行性:非常有可能實(shí)現(xiàn),但危險(xiǎn)性很大。
在這十項(xiàng)技術(shù)中,在普通人看來,最危險(xiǎn)、最不計(jì)后果的一項(xiàng)應(yīng)該是核子脈沖推進(jìn)技術(shù)。核子脈沖推進(jìn)技術(shù)的基本思想就是,在推進(jìn)火箭的尾部定期扔出一個(gè)核彈,用作推動(dòng)力的來源。這個(gè)匪夷所思的想法,卻恰恰是美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署提出的。高級(jí)研究計(jì)劃署的這項(xiàng)研究計(jì)劃代號(hào)為“獵戶座計(jì)劃”,是1955年美國實(shí)實(shí)在在考慮過的一項(xiàng)計(jì)劃。計(jì)劃的目標(biāo)是研究一種適合快速星際旅行的推進(jìn)方案。在高級(jí)研究計(jì)劃署最終拿出的方案中,推進(jìn)火箭被設(shè)計(jì)成一個(gè)巨大的減震器,而且還有厚重的輻射屏蔽用于保護(hù)乘客的安全。
這個(gè)方案看起來可行,但它可能會(huì)對(duì)大氣層造成嚴(yán)重的輻射問題。因此,到20世紀(jì)60年代該計(jì)劃最終未能真正實(shí)施。盡管存在許多擔(dān)憂,仍然有人在繼續(xù)研究核子脈沖推進(jìn)技術(shù)。理論上講,核彈動(dòng)力飛船速度可以達(dá)到10%的光速。以這樣的速度到達(dá)最近的恒星可能需要40年。
3. 核聚變動(dòng)力火箭
核聚變動(dòng)力火箭
可行性:有可能,但最少要數(shù)十年之后。
依靠核動(dòng)力的太空飛行技術(shù)并不是只有核子脈沖推進(jìn)器,還有其他的核能利用方式。比如,在火箭上安裝一個(gè)裂變反應(yīng)堆,利用裂變反應(yīng)堆提供熱量噴射氣體,從而產(chǎn)生推動(dòng)力。不過,這種核裂變動(dòng)力火箭與核聚變動(dòng)力火箭相比,仍有很大的差距。
在核聚變反應(yīng)中,核子被迫進(jìn)行聚合從而產(chǎn)生巨大的能量。大多數(shù)的聚變反應(yīng)堆都是利用托卡馬克裝置將燃料限制在一個(gè)磁場(chǎng)之中來驅(qū)動(dòng)聚變反應(yīng)的。但是,托卡馬克裝置太重,并不適合用于火箭之上。因此,核聚變動(dòng)力火箭必須要采用另一種觸發(fā)聚變的方法,即慣性約束核聚變。這種設(shè)計(jì)以高能光束(通常是激光)來代替托卡馬克裝置中的磁場(chǎng)。當(dāng)聚變反應(yīng)發(fā)生后,磁場(chǎng)再引導(dǎo)熾熱離子噴向火箭尾部,實(shí)現(xiàn)核聚變火箭的推進(jìn)力。
4. 布薩德噴氣式引擎
布薩德噴氣式引擎
可行性:存在巨大技術(shù)挑戰(zhàn)。
所有推進(jìn)火箭,包括上述的核聚變動(dòng)力火箭,都存在一個(gè)相同的關(guān)鍵難題。為了實(shí)現(xiàn)更快、更遠(yuǎn)的目標(biāo),火箭上必須要攜帶更多的燃料,更多的燃料必然會(huì)增加火箭的重量,進(jìn)而會(huì)減小推進(jìn)力。如果想實(shí)現(xiàn)星際間旅行,就必須要避免這種情況。于是,1960年,物理學(xué)家羅伯特-布薩德提出了一種噴氣式引擎,布薩德噴氣式引擎或許可以解決這一難題。
布薩德噴氣式引擎原理和上述核聚變動(dòng)力火箭一樣,但是它并不需要攜帶足夠的核燃料。它首先是將周圍太空中的氫物質(zhì)進(jìn)行電離后,然后利用強(qiáng)大的磁場(chǎng)吸收這些氫離子作為燃料。雖然布薩德噴氣式引擎方案沒有上述核聚變動(dòng)力火箭中的反應(yīng)堆問題,但是它所面臨的問題是磁場(chǎng)大小的問題。由于星際空間中氫物質(zhì)很少,因此它的磁場(chǎng)必須要足夠大才可行,甚至要延伸到數(shù)千公里之外。除非是發(fā)射前進(jìn)行精密的計(jì)算,設(shè)計(jì)出飛船飛行的精確軌道,這樣就不用攜帶多余的燃料,也不再需要巨大的磁場(chǎng)。不過這種想法又出現(xiàn)一個(gè)弊端,那就是飛船必須要按既定軌道飛行,不得偏離,而且從其他星球返程則變得更加困難。
5. 太陽帆推進(jìn)技術(shù)
太陽帆推進(jìn)技術(shù)
可行性:完全有可能,但適應(yīng)空間有限。
這是另一項(xiàng)不需要攜帶足夠燃料的技術(shù),因而理論上講也可達(dá)到極高的速度,不過它往往需要一個(gè)時(shí)間過程才可完成這一目標(biāo)。與傳統(tǒng)的利用風(fēng)力進(jìn)行航行的帆船相比,太陽帆是從太陽光線中吸取能量。目前,太陽帆推進(jìn)技術(shù)已在地球的真空室內(nèi)取得試驗(yàn)成功。然而,在太空軌道上實(shí)施相關(guān)試驗(yàn)則以不幸而告終。比如,2005年,世界上最大的業(yè)余太空科學(xué)組織美國行星協(xié)會(huì)研制了一艘名為“宇宙1號(hào)”的太空飛船,它的太陽帆運(yùn)載火箭因故障而墜毀。
盡管在技術(shù)的萌芽階段出現(xiàn)許多問題,但是太陽帆仍然是一個(gè)非常有希望的未來太空技術(shù)。至少它可以保證在太陽系內(nèi)飛行,太陽的光線可以為它提供最強(qiáng)大的推進(jìn)力。將來,人類將可能會(huì)主要利用太陽能實(shí)現(xiàn)星際間旅行。
6. 磁場(chǎng)帆推進(jìn)技術(shù)
磁場(chǎng)帆推進(jìn)技術(shù)
可行性:只適合相對(duì)較近距離太空旅行,如太陽系內(nèi)。
與太陽帆不同的是,磁場(chǎng)帆是由太陽風(fēng)提供推動(dòng)力,而不是由光線提供推動(dòng)力。太陽風(fēng)是一種擁有自己磁場(chǎng)的帶電粒子流??茖W(xué)家提出,在太空飛船周圍制造一個(gè)與太陽風(fēng)磁場(chǎng)相排斥的磁場(chǎng),這樣就可利用磁場(chǎng)的排斥力推動(dòng)太空飛船飛行。與此相近的相關(guān)技術(shù)還有“太空蛛網(wǎng)”技術(shù),這種技術(shù)就是在太空飛船周圍延伸出一個(gè)帶正電的電網(wǎng),這樣的電網(wǎng)可以與太陽風(fēng)中的大量的陽離子相排斥,從而獲得推進(jìn)力。
不管是磁場(chǎng)帆,還是“太空蛛網(wǎng)”技術(shù),都是在利用磁場(chǎng)進(jìn)行“沖浪”,磁場(chǎng)力使得太空船能夠改變軌道,甚至駛離行星際空間。然而,太陽帆和磁場(chǎng)帆都不適合恒星間旅行。當(dāng)它們遠(yuǎn)離太陽時(shí),光線和太陽風(fēng)的強(qiáng)度都急劇下降。因此,在太陽系外,它們沒有足夠的動(dòng)力駛往其它恒星。
7. 激光動(dòng)力推進(jìn)器
激光動(dòng)力推進(jìn)器
可行性:存在極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
既然太陽不足以推動(dòng)恒星際太空飛船,于是有科學(xué)家提出了激光動(dòng)力推進(jìn)器技術(shù),利用一束強(qiáng)大的激光將飛船推向太空,其中一項(xiàng)技術(shù)就是“激光燒蝕”技術(shù)。所謂的“激光燒蝕”就是利用強(qiáng)大的激光來燒蝕飛船尾部的特殊金屬,金屬逐漸蒸發(fā)形成蒸汽從而提供推進(jìn)力。另一種相似的技術(shù)就是由物理學(xué)家和科幻小說家格里高利-本福德所提出的太陽帆技術(shù),就是在太空飛船上安裝一種太陽帆,太陽帆上涂有一層特殊的油漆。從地面之上發(fā)送微波束,微波束“燃燒”特殊油漆中的分子從而產(chǎn)生推進(jìn)力。這種技術(shù)或許將使得行星際間旅行更快。
激光動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)也存在許多重大挑戰(zhàn)。首先,激光束必須要精確聚焦于飛船之下,即使距離再遠(yuǎn),激光束都不能有絲毫誤差。否則,飛船會(huì)因?yàn)榈貌坏阶銐虻哪芰慷鴫嫐?。其次,激光束生成設(shè)施的功率必須要超級(jí)強(qiáng)大。在某種情況下,它所需要的能量可能會(huì)比人類目前所有的能量輸出還要大得多。
8. 時(shí)空扭曲技術(shù)
時(shí)空扭曲技術(shù)
可行性:不太可能。
1994年,威爾士大學(xué)物理學(xué)家米古爾-阿爾庫比列提出了星際物質(zhì)利用技術(shù)。在這種設(shè)想中,飛船推進(jìn)力主要由一種至今未被發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)--“外星”物質(zhì)提供。這是一種粒子,具有負(fù)質(zhì)量和負(fù)壓力。它可以扭曲時(shí)空,從而使飛船快速接近前方的空間,而后方的空間在不斷擴(kuò)張。飛船就好象處于一個(gè)不斷膨脹的泡泡中,可以飛得比光速快,而且不會(huì)違背相對(duì)論的原理。
然而,阿爾庫比列的技術(shù)思想存在許多問題。首先,為了維持這種時(shí)空扭曲,需要巨大的能量,這種能量或許會(huì)比整個(gè)宇宙的全部能量都要大。其次,這種驅(qū)動(dòng)器可能會(huì)釋放出大量的輻射物,嚴(yán)重威脅飛船乘客的生命安全。此外,關(guān)于這種外星物質(zhì)是否存在,至今未有定論。因此,從物理學(xué)上講,很難實(shí)現(xiàn)這種扭曲的泡泡。
9. 蟲洞利用技術(shù)
蟲洞利用技術(shù)
可行性:完全不可能。
既然有人可以想到時(shí)空扭曲,于是就有其他科學(xué)家想到了時(shí)空隧道。他們認(rèn)為,或許利用蟲洞可以實(shí)現(xiàn)這一想法。蟲洞的概念是由美國著名物理學(xué)家約翰-威勒爾提出的,意思是宇宙中可能存在的連接兩個(gè)不同時(shí)空的狹窄隧道。關(guān)鍵的問題是,蟲洞確實(shí)存在嗎?如果存在,我們是否能夠穿越它們?然而,這些問題至今沒有答案??赡芘c上述的未知外星物質(zhì)一樣,蟲洞并不存在。
20世紀(jì)90年代,物理學(xué)家塞爾古-科拉斯尼科夫又提出了另一種蟲洞概念。然而,所有這些蟲洞理論都不能提供蟲洞確切存在的證據(jù),更無法提出一種切實(shí)可行的時(shí)空穿梭方法。如果科學(xué)家們能夠找到答案的話,那么太空飛船的速度將不僅僅是光速的概念。
10. 多維空間技術(shù)
多維空間技術(shù)
可行性:難以理解。
我們通常能夠看到的宇宙空間通常是三維的。不過德國物理學(xué)家巴克哈德-海姆提出,如果宇宙中存在更多空間維數(shù),飛船則可以穿行其中,實(shí)現(xiàn)極端速度。這種極速飛船可以在幾分鐘內(nèi)到達(dá)月球,飛抵火星只要2.5個(gè)小時(shí),而到達(dá)半人馬座阿爾法星系也只需要80天。然而,這種思想實(shí)在難以理解,海姆的理論從來沒有得到過同行們的認(rèn)可。
除了上述10項(xiàng)技術(shù)之外,還有一些更理論化的技術(shù),比如暗物質(zhì)火箭、黑洞恒星飛船等??茖W(xué)家希望,所有這些技術(shù)將來都能夠派上用場(chǎng)。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。