科學也可以如此靠近

我想要帶你到浪漫的外太空,然後一起去開始旅程

11月
14
2020

2020年11月14日10時 熊熊看科學

不可否認恒星際旅行是極其浪漫、迷人的話題,然而浪漫幻想要成真必須面對現實。星際旅行需要大量的人力、物力、財力,當然還需要相當大的科學技術的支撐,所以如果僅僅是為了觀賞宇宙星球的奇特地貌,在近幾十年的時間裏,星際旅行,將只是人們的美好幻想。這個問題就可以參考阿波羅登月,美國航天的勝利後,蘇聯就缺乏動機繼續砸錢載人登月了。

所以接下來的討論,我們就不再考慮這個經濟問題了。我們主要討論在實現外空旅行的過程中,我們可能遇到的其它阻礙。

速度

首先大家最關心的是速度問題,因為相對論效應的影響,加上在高速情況下太空塵埃的碰撞能量巨大,破壞力可怕,再加上達到接近光速的速度需要克服的技術難題、付出的代價過於巨大。所以載人恒星際飛行不能盲目求快,很可能會低於20%光速,就是10%光速也算是快船了。別指望達到80%、90%或是更高的光速靠相對論減慢時間延長壽命航行。然而就算是5%光速也遠遠超出目前的化學火箭技術。

如果想達到速度增加的效果,那麼發射小型探測器,激光帆、微波帆是將會是最好的選擇,因為推進的能源和引擎不在飛船身上,無需攜帶推進劑,最大限度地降低了質量。然而要把成千上萬噸級的載人恒星際飛船而不是小型無人探測器用帆類推進加速到5%光速以上就需要難以想象強的超級激光、微波發射器,可以充當大規模殺傷性武器了。

定位

當速度問題解決後,人類開始准備星際旅行時,一定會面臨這麼一個問題——如何在茫茫宇宙中定位、導航。這個現在主要有以下的兩種方法:

方法一,使用加速度計和陀螺儀,也就是慣性導航系統。通過測量每一刻的加速度、角速度,就可以利用積分計算出飛行器的速度、位移。只要保留完整的航行記錄,就可以像忒修斯的線團一樣,指引飛船的方向。不過慣性導航的缺點也很明顯:時間越長,誤差越大,所以只適合較短的航程和輔助定位。

方法二,利用已知天體的相對位置來定位。這種古老而有效的方法,在太空中會稍微麻煩一點。除了測量自己與兩個天體之間的角度,還要需要知道它們的距離,這樣才能把自己定位到一個圓形區域;顯然,只要多獲取幾組這樣的數據,就可以唯一確定在宇宙中的位置。

動力裝置

再次參考《三體》這本小說,在小說中,人類就關於發動機的研制方向到底是繼續有工質燃料型還是無工質核聚變型進行過激烈的討論,最後章北海為了將發動機研制工作引向後者刺殺了幾位頑固派,所以有了後面的恒星級飛船。就這可控核聚變技術,再來“億點點”的50年?(開個玩笑)

宇宙中暗物質占絕大多數,根據質能方程,如果用暗物質做飛船能源,那宇宙中就是取之不盡的燃油庫,可以無限加速以縮短航行時間,就這麼個技術,做研究的給點力,可能與可控核聚變的實現差不多?

總結

無可否認,關於實現太空旅行這件事還離我們太過遙遠,這些美好的想法可能只存在於科幻小說中,但是我們不能因此就否認現在世界的航空水平。

在現代人類的初生時期,人類就走出了非洲大陸,對那時只能步行(頂多也就劃個小木筏子)的人類而言,這個世界是多麼巨大而不可想象,群山的另一邊、大河的源頭、太陽升起的地方,這些都是那麼神秘而不可覓蹤,去追尋者只會被看作是瘋子。

在文明逐漸成熟的階段,大海依然是神秘和無邊無際的代名詞,麥哲倫、哥倫布都被嘲笑過是瘋子傻子。

人類發展史上有太多不可能的事情已經實現了,嗤笑的人自己成了笑柄。我不是要鼓勵無邊無際的空想,我只是說,科學的事,要用科學的態度,“難”畢竟還不等於不可能,只要科學還沒有證偽,你又有什麼資格嘲笑別人的夢想和努力呢?


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