前往火星要6個月,去比鄰星要7萬年,什麼能源能助人類突破太陽系

网瘾少女 2020/10/11 檢舉 我要评论

自從人類看到天空的那一天起,就在幻想飛上去看看那是一個怎樣的世界。尤其在現代天文學乃至航太學建立之後,在具備了太空探索的基本能力後,更加對其他星球充滿了嚮往。可是,當我們實實在在展開太空探索時,才發現自己的能力有麼有限。

目前人類發射的所有探測器中,飛出最遠的就是旅行者1號,目前距離我們也只有223億公里。這個數字看似非常驚人,但它距離比鄰星仍然非常遙遠,需要7-10萬年才能到達。在太空中,人類探測器比烏龜還慢。

 

(圖片說明:1997年凱西尼號探測器升空畫面,目前人類的火箭發射仍然完全依賴於化學燃料)

我們也不必過於失望,雖然現在的探測器還非常慢,但我們目前已經掌握了4種可以達到更加驚人速度的方法。只不過,這些方法目前仍然不成熟。一旦其中一個能夠實現突破,那麼我們飛出太陽系的那一天也指日可待了。

核動力火箭

雖然人類的探測器已經開始嘗試利用核裂變的方式發電了,但想利用核能給整個火箭供電,仍然還只是個概念。目前來說,火箭燃料還是以液氫較為常見,另外如甲烷、偏二甲肼等也都有使用。總之,我們仍然是依靠化學反應來給火箭提供動力。

 

(圖片說明:美國國家點火設施,專門研究人造太陽,即可控核聚變)

我們知道,這樣的反應所提供的能量非常有限,因為其能量來源不過是化學鍵重新組合所產生的能量差。而一個原子99.95%的能量都集中在原子核中,如果我們能利用這些能量,那麼將會大大提升火箭的速度。沒錯,這就是核反應。

根據愛因斯坦的質能方程,1公斤化學物質反應釋放的能量大約相當於1毫克的品質,而如果是利用中子轟擊鈾使其裂變的話,則可以獲得相當於955毫克品質的能量,幾乎是化學燃料的1000倍。想一想TNT炸藥和原子彈威力的區別,就更容易理解二者之間的巨大差距了。

 

這還只是核裂變。如果我們能夠利用核聚變來提供能量,那麼火箭能夠獲得的動力就更加可觀了。想一想,核聚變可是氫彈的基本原理!如果是1公斤的氫聚變為氦,那麼我們獲得的能量將相當於7.5克的品質,非常驚人!如果我們能夠利用核聚變的原理來給火箭加速,那麼它能獲得的加速時長將遠遠超過現在的一切燃料,這可以讓我們用幾百年甚至幾十年就抵達比鄰星。

不過,目前我們的核聚變還沒有發展成熟,無法實現可控的核聚變反應,這也是全世界各個國家正在全力攻克的難題。前不久,媒體剛剛報導了人類第一座核聚變反應堆展開建設,預計在2025年建成。不過,如此巨大的反應堆肯定不能用在火箭上,至於火箭什麼時候能夠用上小型的核聚變反應堆,目前也不得而知,有人認為要等到2100年。

反物質

 

同樣是利用質能方程的原理,反物質比核聚變的能量轉化率高得多。或者我們可以誇張地說:對於反物質來說,無所謂什麼能量轉化率,因為它的原理就是把所有的物質轉化為能量,轉化率100%。

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