百萬億美元打造定向能束飛船 40年抵半人馬座

  據國外媒體報道,一旦科學家在某顆恆星周圍發現可居住的行星以及生命化學物質的信號,那麼我們將對恆星際探測器的候選方案產生極大的興趣。當計算本次旅行所需的燃料時,恆星際旅行的夢想會出現較大幅度的波動,科學家設想了一種近無質量的驅動技術,在某種程度上看利用空間真空能量的可能最終會實現,對該技術討論的假設僅僅是基於牛頓物理定律簡單的作用力和反作用。

  從地球(軌道)發射定向能量駕束驅動宇宙飛船有望在不遠的將來實現

  美國宇航局打造的NanoSail-D(納米帆-D)衛星,帆面積為10平方米

  無論是核聚變發動機、物質-反物質推進器,甚至是利用黑洞原理打造的未來發動機,都需要攜帶著巨大的燃料貯備,而且宇宙飛船還需要更多的能量來加速和減速。解決這一問題的一種方法為將能量產生位於放置於地球附近,形成束形能量送往恆星際宇宙飛船,可以將其想像為葉片的能量與水分供給形式,研究人員詹姆斯·本福德(James Benford)認為能量傳輸式的動力系統是目前為止唯一一種沒有物理問題的星際飛行技術。

  早在八十年代中期,物理學家羅伯特·福沃德(Robert Forward)就提出使用從星際風帆進行星際航行的思路:從地球發射能量束擊中宇宙飛船上的巨型帆面,從而推動飛船前進。福沃德甚至描述了如何使用激光束產生的“反推力”在星際飛船抵達另一個恆星系統前進行減速制動。此前設想的巨型微波發射器並不具備激光發射器那樣的精度,但前者打造的成本更加便宜。詹姆斯·本福德正在實驗室中使用微波發射器進行能量駕束基本特徵的測試,結果顯示宇宙飛船攜帶一種外觀如錐形的能量接受帆可以達到最佳效果。

  宇宙飛船的巨大帆面、探測器都需要用極為輕質的材料打造,目前可以使用的航天材料有碳納米管、石墨烯和鈹材料等。這些材料打造的輕質能量接受帆面能承受住來自強能量束的照射產生的近2000華氏度高溫,這就要求打造帆面的材料具有極佳的反射率,不吸收太多的光子。打造定向能量束發射器需要大量的資金,並建立起巨大的傳輸天。詹姆斯·本福德估計一艘恆星際宇宙飛船發射系統僅攜帶一個大小為重型卡車的載荷就需要180萬億美元,每個任務成本將高達5000千億美元。

  更重要的是,能量帆恆星際宇宙飛船的發射系統主體部分位於地球(軌道附近),因此若出現故障是可以維修和維護,前端宇宙飛船隻需要攜帶接受能量的帆面。畢竟當宇宙飛船飛抵諸如半人馬座α星時出現故障將得不到任何修復。該技術可以容許恆星際飛行過程中犯錯,失敗的探測器很容易在流水線上被生產出來。

  詹姆斯·本福德認為可以先行進行微波定向能量束的測試,該技術可以在太陽系行星系統內執行各種任務,可將需要發射的有效載荷在數個小時的時間內加速到每小時100萬英里,並在進入火星軌道時快速減速制動,因此該技術投放到太陽系內行星系統的快速運輸中,不到兩周就能抵達火星。對於更遙遠的星際任務,比如飛往一光年外的存在大量彗星群的奧爾特雲,本福德估計該任務需要兩英里直徑的天線,功率達24千兆瓦,成本約1440億美元。

  攜帶的有效載荷為150磅,在經過五個小時的能量束加速後,探測器的速度將提高至每小時4萬英里。真正的恆星際宇宙飛船需能在40年內以十分之一的光速航行至半人馬座α星,如果納米技術得到廣泛使用,宇宙飛船的有效載荷將會達到數噸。科學家也設想一種輸出功率為300太瓦、直徑60英里的天線,雖然可以使探測器得到迅速加速,但消耗的能量將是目前全球電力日消耗量的20倍,探測器將產生50個G的加速度。




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