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百万亿美元打造定向能束飞船 40年抵半人马座

据国外媒体报道,一旦科学家在某颗恒星周围发现可居住的行星以及生命化学物质的信号,那么我们将对恒星际探测器的候选方案产生极大的兴趣。当计算本次旅行所需的燃料时,恒星际旅行的梦想会出现较大幅度的波动,科学家设想了一种近无质量的驱动技术,在某种程度上看利用空间真空能量的可能最终会实现,对该技术讨论的假设仅仅是基于牛顿物理定律简单的作用力和反作用。

无论是核聚变发动机、物质-反物质推进器,甚至是利用黑洞原理打造的未来发动机,都需要携带着巨大的燃料贮备,而且宇宙飞船还需要更多的能量来加速和减速。解决这一问题的一种方法为将能量产生位于放置于地球附近,形成束形能量送往恒星际宇宙飞船,可以将其想象为叶片的能量与水分供给形式,研究人员詹姆斯·本福德(James Benford)认为能量传输式的动力系统是目前为止唯一一种没有物理问题的星际飞行技术。

早在八十年代中期,物理学家罗伯特·福沃德(Robert Forward)就提出使用从星际风帆进行星际航行的思路:从地球发射能量束击中宇宙飞船上的巨型帆面,从而推动飞船前进。福沃德甚至描述了如何使用激光束产生的“反推力”在星际飞船抵达另一个恒星系统前进行减速制动。此前设想的巨型微波发射器并不具备激光发射器那样的精度,但前者打造的成本更加便宜。詹姆斯·本福德正在实验室中使用微波发射器进行能量驾束基本特征的测试,结果显示宇宙飞船携带一种外观如锥形的能量接受帆可以达到最佳效果。

宇宙飞船的巨大帆面、探测器都需要用极为轻质的材料打造,目前可以使用的航天材料有碳纳米管、石墨烯和铍材料等。这些材料打造的轻质能量接受帆面能承受住来自强能量束的照射产生的近2000华氏度高温,这就要求打造帆面的材料具有极佳的反射率,不吸收太多的光子。打造定向能量束发射器需要大量的资金,并建立起巨大的传输天。詹姆斯·本福德估计一艘恒星际宇宙飞船发射系统仅携带一个大小为重型卡车的载荷就需要180万亿美元,每个任务成本将高达5000千亿美元。

更重要的是,能量帆恒星际宇宙飞船的发射系统主体部分位于地球(轨道附近),因此若出现故障是可以维修和维护,前端宇宙飞船只需要携带接受能量的帆面。毕竟当宇宙飞船飞抵诸如半人马座α星时出现故障将得不到任何修复。该技术可以容许恒星际飞行过程中犯错,失败的探测器很容易在流水线上被生产出来。

詹姆斯·本福德认为可以先行进行微波定向能量束的测试,该技术可以在太阳系行星系统内执行各种任务,可将需要发射的有效载荷在数个小时的时间内加速到每小时100万英里,并在进入火星轨道时快速减速制动,因此该技术投放到太阳系内行星系统的快速运输中,不到两周就能抵达火星。对于更遥远的星际任务,比如飞往一光年外的存在大量彗星群的奥尔特云,本福德估计该任务需要两英里直径的天线,功率达24千兆瓦,成本约1440亿美元。

携带的有效载荷为150磅,在经过五个小时的能量束加速后,探测器的速度将提高至每小时4万英里。真正的恒星际宇宙飞船需能在40年内以十分之一的光速航行至半人马座α星,如果纳米技术得到广泛使用,宇宙飞船的有效载荷将会达到数吨。科学家也设想一种输出功率为300太瓦、直径60英里的天线,虽然可以使探测器得到迅速加速,但消耗的能量将是目前全球电力日消耗量的20倍,探测器将产生50个G的加速度。

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