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美国科学家研究实现星际飞行的可行性

2004-03-25中国科学院高能物理研究所本文被阅读过6663次[推荐][打印][保存][大字体][中字体][小字体]

在探讨实现星际宇宙飞行可能性的研究中,科学家提出了各种各样的方案。

第一种方案是利用反物质作为宇宙飞船的动力燃料

欧洲核子研究中心的科学家用加速器成功地制造出反氢原子。实验获得的反氢原子约存在了40纳秒(1纳秒为十亿分之一秒)。美国物理学家杰拉德·史密斯近十几年来一直在追寻反物质,他认为反物质可作为燃料用于亚光速宇宙飞船。各种成对的粒子与反粒子一旦相遇,释放出γ射线和π中间子及极大的能量。经计算,要把质量为1000千克的宇宙飞船加速到01倍光速,只需9千克的反物质燃料。理论上说,粒子与反粒子消失时产生的能量是核裂变和核聚变的100倍。他利用欧洲核子研究中心的巨型加速器可在10分钟里产生10亿个反质子。

 

penning-mars trip.jpg (5724 字节)

美国宾州州立大学设计的反质子捕获器

然而反质子以01倍光速(不可思议的高速)飞迸,史密斯在反质子的前方设置全金属箔和气体,以降低反质子的速度,力图将反质子封闭在一个用磁场构成的容器内。如果他获得成功,10分钟里就能富集到100万个左右的反质子。遗憾的是,100万个反质子作为火箭燃料实在是杯水车薪。即使史密斯提出的新设施10年内能问世,每年也只能生产出1微克反物质,要把9千克反物质火箭燃料弄到手,需要90亿年。

                     

weibodonglifeichhuan.gif (6066 字节)

微波动力飞船

第二种方案是用太阳帆实现太阳系外飞行

波普·佛沃德受美国航空航天局的委托,进行利用反物质可行性的研究。反物质火箭必须使搭载的反物质发生反应,将超高温能量向火箭后方喷出。佛沃德的结论是,对反物质火箭来说,火箭的质量和发动机的耐热性是根本问题所在。1960年,他提出了“太阳帆”的构想,即撑开巨大的铝箔制成的帆,利用太阳风推进飞行。但利用太阳帆在恒星际间飞行存在重大的缺陷。离开太阳系后,带电粒子流便变得稀薄,宇宙飞船在“无风”的状态下会停驶,利用太阳帆前往其他恒星显然是不可能的。

                                

第三种设想是用激光束鼓起宇宙飞船的光帆

佛沃德了解到利用红宝石产生的激光比太阳光更明亮,产生了一个新念头:用激光束鼓起宇宙飞船的光帆由此获得推进力。此设想虽然具有无须搭载燃料的优点,但是宇宙飞船依靠激光束获得的推进力实在小得无济于事。要利用激光束来实现恒星际飞行,就必须有更强有力的激光束,光帆也必须大得超出想象。

mars trip -3.jpg (15050 字节)

聚变推进器

佛沃德认为,如果在水星轨道上利用太阳能设置约1000台激光发射装置,把这些激光束合为一股,就无需开发巨型激光发射装置了。不过要获得必要的推进力,理想的激光发射装置要比现在利用太阳能的激光发射装置强大1000亿倍!而且还得在土星附近设置巨大的透镜,以纠正激光束的发散。光帆的直径必须达到1000千米之巨。

美国明尼苏达大学的数学家埃得·贝尔布鲁诺对此评价说:“这不过是异想天开。”

                

fanwuzhihuojian.jpg (8958 字节)

反物质火箭

第四种设想是利用粒子束

霍普·萨普林和达纳·安得留提出了“粒子束设想”。他们认为,宇宙飞船的光帆采用超导体制成的巨环更有效。超导体环可形成面包圈状的磁场,粒子束射向磁场就会产生推进力。如果在小行星上设置核聚变反应堆,用超高温加热而等离子体化的气体向一定方向喷射获得粒子束。粒子束的缺点是很容易扩散,但仍比激光束更具推进力。根据安得留的计算,他的“粒子束设想”只需使用佛沃德构想所需能量的六分之一,就能把载人宇宙飞船加速到三分之一的光速。不过,宇宙飞船的乘员必须耐受高达1000g的加速度。“粒子束设想”中一个重大的不足是,前往恒星这样遥远的地方,根本不可能传递能量,也就是说有去无回。

        

近来形形色色的方案层出不穷。还有人提出了利用连接黑洞和白洞的“虫洞”,以及使用反重力让时间发生弯曲高速移动等方案。

当然,他们中一些人只是异想天开,实现的可能性不大,但是利用反物质和激光束等来实现恒星际宇宙飞行的设想,将来很有可能成为现实。

就人类目前的科技水平而言,恒星际宇宙飞行目前还不可能,人类还没有掌握能实现这一梦想的具体知识和技术,恒星际宇宙飞行还得探索相当长的时间。

(侯儒成根据Google网站材料及2003年2月19日《科技日报》报道编译、整理。)

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