核反应堆早已小型化,为什么不造宇宙飞船,实现星际旅行?
核反应堆早已小型化,为什么不造宇宙飞船,实现星际旅行?
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星际旅行没那么简单,核反应堆小型化并非最终解决方案。
人类目前所使用的太空飞行器,动力输出主要集中在脱离地心引力方面,说白了就是依靠火箭把卫星探测器或宇宙飞船送上太空。然后这些飞行器再借助各星体的引力进行飞行。过程中飞行器本身输出的动力是相对有限的。
举个简单的例子,比如探测器要去火星,就会点把探测器先发射到地球同步轨道,然后再通过不断的变轨,最终让探测器运行到火星同步轨道,这期间是需要等待一个特殊的窗口期的,这时候地球轨道与火星轨道距离最近,只需要提供少量的动力就可以让飞行器改变轨道。
同理,飞行器想要去其它行星,也是这样的道理,过程中也可以借助其它的星体轨道进行飞行,包括“引力弹弓”效果其实也都是这样的道理,直白点说都是“借力飞行”。
这样的借力飞行,虽然对于动力系统和燃料的要求小一些,但受窗口期、行星介质、飞行速度等因素的影响较大。想要实现真正的星际旅行是不太可能的,要知道人类发射的旅行者2号,已经飞行了44年了,还远远没有飞出太阳系。真正飞出太阳系可能需要数万年的时间。
所以说人类想要真正地实现星际旅行,首先要解决的就是宇宙飞行动力来源的问题。而所谓的核反应堆小型化还远远不够。
如果才能实现星际旅行?
我们人类目前所发明的各类发动机,说白了都属于“工质发动机”,说白了工作原理都是需要输出介质,然后借助反作用力飞行。比如飞机或发动机喷射火焰,然后借助空气实现飞行。
但宇宙中是真空状态,没有物质供给飞行器作为介质并产生足够的反作用力。这就需要实现“无工质发动机”的突破,当然相关技术目前也在研究中,成果还无法真正利用到实际中。
想要真正地实现星际旅行,其实主要就是解决动力系统小型化、飞行速度高速化、能源供给持续化等问题。
由于宇宙实在过于浩瀚,都是以光年为计数单位的,所以说单纯地依靠提升传统发动机的动力显然是没有出头之日的。要知道人类目前认为光速不可突破,可观测宇宙的尺度大约为930亿年,就算有一天人类实现了光速飞行,想要在宇宙中随意飞行,也要话费数百亿年的时间。
当然借助“引力弹弓”等作用,我们倒是可能实现太阳系内部行星间的飞行,但想要离开太阳系,基本上是不可能完成的任务。
星际旅行的最终解决方案或许是“曲率引擎”。
所谓曲率引擎,就是借助曲率实现驱动,说白了就是通过对时空本身的改造来驱动飞船,相当于利用物理学定律中的一些漏洞来打破光速不可超越的限制。
如果大家理解虫洞的概念,那么也就能够更好地理解曲率引擎的概念了。当然这种概念目前来看还比较科幻 想要实现的难度也是非常之大的。
其实不管人类最终依靠什么方式实现星际旅行,肯定都是在目前科技能力的基础上实现了颠覆性的突破。否则是无法实现真正意义的星际旅行的。
以上个人意见仅供参考。
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这个问题是幼稚的,也是伟大的,幼稚在于弄不懂宇宙动力学,伟大在于思想远行。
人类缺乏宇宙动力学
人类目前制造的航天器根本不敢离开各个天体的引力,一旦离开各个天体的引力,那么就会永远飘荡在天空之中,等待陨灭。
人类当前制造的飞行器,在宇宙中运行的方式很特别,是靠搭载各个不同天体,借助天体自身的运动轨迹来实现在星际运动。
简单的说,飞行器想去火星,并不是靠飞行器本身所携带的燃料直接飞过去的,而是在火于地球交汇的时候,利用少量的化学燃料,驱动飞行器脱离地球引力,跳到火星的引力范围内,让火星引力捕获,从而再一次的变轨靠近火星的。(变轨需要化学燃料)
形象的比喻就是,飞行器大部分时间都是趴在地球这辆车上,不用什么燃料,当火星车与地球车接近的时候,立马启动发动机跳过去,然后飞行器就在火星车上了,让火星车带着飞行器去旅行。
如果飞行器要去更远的地方,那么就等其他星系与火星交汇的时候,再跳过去。
人类目前制造的飞行器之所以要采取用这种方式来走出地球,最大的原因就是缺乏宇宙动力学,没办法在宇宙实行自由航行。
核反应堆能作为宇宙动力吗?
核反应堆在宇宙中,如果作为动力使用的话,以目前人类的技术还真没有啥卵用。
目前人类对核能的利用,只能把核反应堆产生的热量转化为电能,除此之外没有其他的利用方式。
人类利用电力驱动物体运动,是借助了各种介质的物理特征。
比如说推动飞机运动,那是利用了空气这种介质的特性。驱动汽车运动,那是利用了物体表面不光滑产生的摩擦力,驱动轮船运动,那是利用了水这种介质的特性。
然而宇宙中,没有空气、没有水、也没有物体给你摩擦,由此把核能转化为电能,又有啥用?
人类可以利用核能制航天发动机,但是利用方式与核反应堆不同。
首先说明,核反应堆是把核能转化成电能的装置,而人类造的核发动机是直接利用核能,目前有一下几种思路。
第一种思路,直接使用核爆炸驱动航天器。
这种思路是美国人提出的,并且做了相关实验,原理很简单,就是研究一个特殊的装置,直接让小型核弹在里面爆炸,让爆炸所产生的膨胀热能以喷射的方式冲出,从而形成推动力。
这种思路就是不断往发动机里扔核弹。
第二种思路、利用核裂变释放的热量,刺激化学物质产生激烈反应,形成高压喷射能量。
这种思路就是把核能看作成一种加热剂,利用它产生的热量来刺激燃料产生化学反应,利用这种在化学反应产生的能量来驱动航天器。
第三种思路,放射性核动力。
这种思路就是利用放射线来轰击同位素产生裂变,从而释放热能、离子流或者电磁流来驱动航天器。
就当前人类技术而言,就第二种思路最为成熟,但是在第二种思路中核能只是作为一种加热剂,航天器的航行距离受到化学燃料携带数量的限制。
人类最理想的星际航行动力是引力牵引技术与反堆技术。
星空中有无数的星体,每个星体都具引力,只不过大小不同。
我们可以利用星体牵引技术,让星体把航天器牵引过去,也可以利用引力反堆技术,让星体引力把航天器反推过去。
现在最大的问题有两个:
第一、人类对星体引力研究太少,无法知道每个星体的引力是同频的还是异频的,(引力有引力波必然有频率。)
第二、是不同物质构成的星体它发出的引力有什么不同,例如它的引力对什么物质具有更强的吸附性,对什么物质具有更强的排斥性。
如果我们研究透这两个问题,那么就可以利用电磁效应,放大某些物质的吸附性与排斥性来实现星际旅行。
当然,这里所谈到的东西全部都是我个人的假设,需要科学家做大量的研究证实。
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“星际”是一个太宽泛的概念,行星之间飞行可以叫星际,在由恒星、行星等组成的星系(比如太阳系)之间飞行也可以叫,但这些旅程的距离存在天文数字的差距。比如地球与太阳间的平均距离称为一个“天文单位”(约等于1.496亿公里),一般用来衡量太阳系内行星间的距离。美国1977年发射的探测器“旅行者1号”就装有核动力(放射性同位素),它2012年飞出太阳系,用了36年,距太阳也才121天文单位。
太阳系外的距离就要以“光年”来衡量了,一光年约等于63240天文单位,而已知距太阳系最近的恒星距我们约4.22光年。即使以接近光速的速度,穿越银河系也要十万年以上。
而且,“旅行者1号”的核装置并不提供它前飞的动力,而主要是用来给设备供电,它的飞行主要是利用太阳系内各种行星的引力,被拉、拽、甩出去的。
以这种办法,如果换成载人飞船,飞到火星单程也要250天,由于火星上没有后勤支持,还要携带返程的燃料和所需的一切,因而这种旅程最好的办法是去了就留下来建设当地,形成居留条件和返回地球的条件,这样的时间就是数年了。这个时间段说来不长,但要考虑到这是脱离地球,包括事故、疾病和心理危机等一切意外都得不到地球帮助,还有居留和建设中遇到的未曾预料的困难。
这还只是到距离不到一个天文单位的火星,再远就要考虑宇航员老死在飞船上的情况了,飞船必须能供人类繁衍数代。
还有核动力的强烈辐射,要求飞船有很强的屏蔽能力,但这很笨重,而且人类对太空环境(包括危险的宇宙射线)的适应能力并未根本解决。
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从旅行者一号,到好奇者号火星探测器,都使用的是核燃料电池。注意,这里把他们称为核燃料电池,而不是核动力。目前的航天推进还是主要通过化学燃料火箭来实现。
核燃料电池,又叫放射性同位素电池。其早已在军事、医疗、航天领域有了很多应用。密苏里大学的研究团队已经可以把核燃料电池做成一枚硬币的大小。同等体积下,是普通电池的一百万倍。
厉不厉害,然而放射性同位素嘛,必然其在衰变时释放能量的速度不受外界干扰,一直不会变的。不能像钢铁侠那样突然增大输出上天开炮。这既是优点也是缺点,优点当然是蕴含很多能量,甚至能用几百几千年。缺点就是释放比较缓慢,速率不可调。
如果要用核动力来推进,那么需要利用核能将工质加速喷出去。这样肯定需要在短时间内释放大量能量。极限的情况下,就是在火箭屁股引爆一枚小型核弹。但是即使如此,不考虑是否能承受,飞船也难以获得足够的速度。
星际旅行所需要的能量,人类目前掌握的核能也不够看。
所以现实一些的话,只有离子推进器结合核动力供电也许还有些看点。目前可以在小型探测器上应用,但即使是核动力,也缺电。过个几百年,核聚变有突破的话,也许会有载人核动力飞船。
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宇宙飞船就是动力没问题(核燃料也回耗尽),但人寿命有问题,几十年能飞到宇宙哪里?也在宇宙飞船里传宗接代?生活物资有是有限的(在太空飞行中能造出食物?)还有宇宙墙、奥尔特墙(泡?)能出去?
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