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你认为人类还需多久才能达到太空短途航行的文明水平?

常驻编辑 科普中国 2022-05-28 反物质   航天器   恒星   燃料   太空   火箭   激光   能量   多久   效率   距离   人类   水平   技术   文明

比邻星是我们最近的邻居,距离我们 4.24 光年,其中一光年约为 9 万亿公里:大约是地球与太阳距离的 60,000 倍。mxe拜客生活常识网

以人类有史以来最快的太空探测器(航海者 1 号和 2 号航天器)离开太阳系的速度,覆盖到最近的恒星的距离大约需要 80,000 年。mxe拜客生活常识网

但这一切都是基于当前的技术,该技术使用化学火箭燃料进行推进。mxe拜客生活常识网

火箭燃料的最大缺点是效率低下:用爱因斯坦的 E = mc2来衡量,一公斤燃料只能产生几毫克的能量。mxe拜客生活常识网

如果你乘坐星际飞船从地球出发,那么首先你就必须随身携带该燃料 ,并要求你用该能量加速你的有效载荷和剩余燃料 ,但这是目前阻碍我们的原因。mxe拜客生活常识网


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航海者 1 号的位置和轨迹以及 1990 年 2 月 14 日当天的行星位置拍摄淡蓝点和全家福时。请注意,只有航海者 1 号在太阳系平面之外的位置才能获得我们检索到的独特视图,航海者号仍然是人类发射的最远的物体,但在它旅行之前还有数千倍的距离~4光年mxe拜客生活常识网

但是有两种独立的可能性,不需要我们去构想依赖于新物理的类似曲速引擎的技术。mxe拜客生活常识网

相反,我们可以选择使用更高效的燃料为我们的旅程提供动力,这可以极大地增加我们的航程和速度,或者我们可以探索推力提供源独立于将要加速的有效载荷的技术。mxe拜客生活常识网

在效率方面,有三种技术可以大大优于化学火箭燃料:mxe拜客生活常识网

  1. 核裂变,
  2. 核聚变,
  3. 物质-反物质推进。

尽管基于化学的燃料仅将其质量的 0.0001% 转化为可用于推力的能量,但所有这些想法的效率都要高得多。mxe拜客生活常识网


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曾经设想的所有火箭都需要某种燃料。无论是等离子引擎、物质/反物质发动机,核动力或常规动力,火箭都以相同的推力原理工作,但效率可能会有很大差异mxe拜客生活常识网

裂变将大约 0.1% 的裂变材料质量转化为能量;通过E = mc 2,大约一公斤的可裂变燃料产生大约一克的能量。mxe拜客生活常识网

核聚变做得更好;例如,将氢聚变成氦的效率为 0.7%:一公斤燃料将产生 7 克的可用能量。mxe拜客生活常识网

但无论如何,最有效的解决方案是物质-反物质。mxe拜客生活常识网

如果我们能创造和控制 0.5 公斤的反物质,我们就可以用 0.5 公斤的正常物质随意消灭它,创造出 100% 有效的反应,产生一公斤的能量。mxe拜客生活常识网

可以想象,我们可以从相同数量的燃料中提取数千甚至一百万倍的能量,这可以在几个世纪(裂变)甚至几十年(聚变或反物质)的时间尺度上将我们推向恒星。

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