太空几乎没有阻力,飞船理论上能一直加速,为何还说星际旅行很难

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星际旅行一直是人类的梦想。在科幻电影和小说中,我们常常看到各种超光速飞船在星际间自由穿梭的场景。那么,在现实世界中,星际旅行真的有可能实现吗?

随着科技的进步,我们已经能够将人类送上月球,探测器也已经飞出了太阳系。在太空中,几乎没有阻力,飞船理论上可以不断加速。那么为什么我们还说实现星际旅行非常困难呢?

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星际距离遥远,即使高速飞行也需漫长时间

宇宙的尺度之大,令人叹为观止。就拿离地球最近的恒星比邻星来说,它看着近,其实远着呢,足足有4.2光年,换算成公里数,那就是40万亿公里。这个数字太大了,咱一般人难以想象。

就说咱们人类目前最快的飞船"旅行者1号",它可是厉害了,在太空里一路狂飙,速度都快赶上光速的万分之一了。

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可即便这样,它飞了40多年,还只是勉强飞出了太阳系。要是想去比邻星溜达一圈,按照它这个速度,得花7万多年呢。

7万年,地球上的亲朋好友都不知道换了多少茬了。回不回得来都两说,回来了地球也早就物是人非了。这一去,基本上就是和地球永别了。

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要是飞船速度能快到接近光速,情况就不一样了。可惜,要达到那种速度,技术难度太大,能耗也太高。光速太快,要加速到那个程度,非得要极其强大的推进系统不可,现在的技术水平还差得远。

就算太空里基本上是真空,但也不是完全没有物质。里头还有一些稀稀拉拉的氢原子,虽然密度低得很,但对飞船多少也有点阻力。

而且光速长途星际飞行需要巨大的能量。根据物理定律,物体的速度越接近光速,其质量就会急剧增加,从而需要更多的能量来加速。

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举个例子,要让一艘100吨的飞船加速到光速的90%,需要的能量相当于1000多亿吨TNT炸药同时引爆。目前人类能够利用的能源还难以支撑如此庞大的能量需求。

再者说就算速度上去了,飞船在飞行过程中还得防备空间里的各种危险。宇宙里到处都有微小的尘埃和气体,平时看着天空很干净没啥,但在超高速下撞上去,那可是要命的。

还有宇宙辐射,对飞船材料和船上的宇航员都是巨大的考验。这些问题,都还没有很好的解决方案。

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所以,即便在太空里一路加速,星际旅行还是得花很长很长时间。咱们人的一辈子,跟这漫长的旅程一比,那就是弹指一挥间。除非飞船的速度能提到接近光速,要不然星际旅行只能是个遥远的梦。

超高速飞行有望实现

传统的化学燃料火箭,想带着那么多燃料上天,还不得把自己压扁了?就算燃料占了飞船总重量的90%还多,最后速度也就达到光速的千分之一,跟光速比起来,那就是个渣渣。

科学家们也是提出了不少新点子。比如说,利用太阳或者恒星的光压,推动"光帆"飞船,只不过帆是特制的材料,能利用光子的冲量产生推力。

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飞船上装有一面巨大的反射膜,这面膜可以捕捉并反射太阳光子,从而产生推力。这种方法的最大优点是不需要携带燃料,只要有阳光,就能不断加速。理论上,太阳帆可以达到非常高的速度,甚至有望飞出太阳系。

太阳帆的概念并非新鲜事。早在20世纪,科幻小说家阿瑟·克拉克就在他的作品《太阳帆船》中描绘了这种技术。如今,科学家们已经开始实际测试太阳帆飞船。

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霍金和俄罗斯亿万富翁尤里·米尔纳就发起过“突破摄星”计划,计划利用光帆飞船进行星际旅行。这些微型飞船只有几克重,但在激光的推动下,理论上可以达到光速的五分之一。

还有利用带电粒子流推动的"电动帆"飞船,以及利用行星引力的"弹弓"效应。这些想法听起来是挺美的,理论上速度能上去不少,但真要实现起来,麻烦可就多了去了。

要想推动飞船,那帆面积得有多大啊?材料够轻够薄够结实吗?再说"电动帆",带电粒子的能量转化效率够高吗?还有利用引力弹弓,飞船的航线控制得多精准?稍有偏差就得狠狠地撞上去 。这些技术难题,没个几十年还真不好攻克。

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在漫长的星际旅行中,还有一堆堆的危险等着呢。宇宙辐射那么强,对飞船材料和宇航员的身体伤害有多大啊?

飞船外壳得多厚多结实才能抵挡微陨石的撞击?关键设备要是半路出了故障,那可不是说停就能停的,后果不堪设想。所以说,单是保障飞船和宇航员的安全,就是一个巨大的挑战。

有人说,光速不行,咱就超光速呗!这可不是科幻片里随便说说的。爱因斯坦老爷子早就告诉我们了,任何有质量的物体都不可能超过光速,这是相对论的基本原理。

虽说宇宙中也不是没有超光速现象,比如量子纠缠,还有虫洞。但那都是理论上的东西,离咱们实际应用还远。

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同时,新型核能、聚变能等高效能源的利用,也将为未来的星际飞船提供源源不断的动力。

要让星际旅行成为现实,目前仍需在基础科学上取得突破。也许在物理学、天文学等领域的重大发现,会为星际旅行开辟新的途径。

爱因斯坦老爷子的相对论就彻底改变了我们对时空的认知,为超光速飞行提供了理论基础。谁又能断言,在未来我们不会有更惊人的发现呢?

星际旅行需要烧钱

星际旅行,还得有真金白银的投入,顶尖的科技作为支撑。没有雄厚的经济实力和强大的技术实力,星际旅行就只能是镜花水月,是海市蜃楼。

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就拿研制新型号的飞船和发动机来说,可是一笔天文数字的投资。美国正在研发的"星舟"火箭,号称是目前在研最大的运载火箭,光是研发费用就高达几十个亿美元。

换算成人民币,那就是几百亿!即便如此,"星舟"火箭在首次发射时,还是在升空后不久就出了意外,星舟足足有120米高,比埃菲尔铁塔还高出一大截。

这火箭刚飞上天,没一会儿工夫,就"轰"的一声,直接炸成了烟花。这下可把马斯克给气坏了,好不容易把这大家伙造出来,结果还是前功尽弃。

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不过,马斯克也是个倔脾气,他说啥也不认输。他马上就让手下的人把这火箭残骸给收拾干净,又开始琢磨怎么改进了。

他那帮手下也是一个个机灵得很,三下五除二就找出了问题的症结。原来,这火箭的发动机和分离系统出了毛病,导致了这次的悲剧。

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马斯克一听,直拍大腿,说:"这还不简单?赶紧给我把这毛病改了!"他们马上就开始了新一轮的改进。先是把发动机的推力给加大了,然后又优化了分离系统的设计。忙活了好一阵子,总算是把这火箭改得有模有样了。

这一回,马斯克信心十足,说什么也要让这星舟火箭成功发射。结果一切还算顺利,火箭发射升空,飞到了大气层外,眼看就要进入预定轨道了。谁知道,火箭突然就失去了信号,紧接着就传来了爆炸的消息。又是一次失败!

不过好在SpaceX这样的民营航天公司,起码在大幅降低航天发射成本方面取得了重大突破 。他们的可回收火箭技术,让火箭的使用成本大幅下降,为更多国家和机构参与航天活动创造了条件。

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由此可见,即使是像美国这样的航天强国,要实现星际旅行也绝非易事,需要付出巨大的代价。

除了飞船和发动机,还得建造发射场地,培养宇航员。发射场地的选址、建设,都是大工程,没有大笔资金的投入是不可能完成的。宇航员的选拔、训练,更是需要花大价钱。

要知道,宇航员要经过层层选拔,接受严格的训练,包括身体素质、心理素质、专业技能等各个方面,没个几年都训练不出来。这些,没有强大的经济实力,是根本无法支撑的。

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再看其他国家,经济和技术实力的限制就更加明显了。像美国、俄罗斯、中国这样的航天大国,掌握了先进的航天技术,有比较雄厚的经济实力,尚且要付出巨大代价才能推进星际旅行,其他国家就更不用说了。

很多发展中国家,连进入太空都还有困难,更别提去实现星际旅行的梦想了。

从目前的技术条件来看,载人星际飞行还有很长的路要走,但我们仍然可以在现有基础上朝着这一目标不断迈进。虽然还看不到山顶,脚下的每一步都在拉近我们与梦想的距离。

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结语

人类对宇宙的探索从未停止过脚步。从古代仰望星空,到如今用望远镜探测深空,我们一直在追寻宇宙的奥秘。而载人星际飞行,是人类探索宇宙的终极梦想之一。

星际旅行绝非一蹴而就之事。尽管太空阻力很小,但飞船要达到星际旅行所需的速度依然非常困难。我们必须正视前进道路上的种种挑战,同时也要对未来保持乐观和想象力。

哥伦布、麦哲伦等航海家开创了人类探索地球的新纪元,星际旅行终有一天也会成为现实。那将是人类文明的又一次伟大飞跃。

参考文章:

为什么说星际旅行非常困难?

新浪科技 2022-01-11 11:12

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太空几乎没有阻力,飞船理论上能一直加速,为何还说星际旅行很难 2024-05-09 11:33·梳云抚月

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