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每秒1000 公里看似振奋人心,但抵达另一个恒星时却面临又一难题

宇宙印象 深度科普栏目第561期 近年来,已确认的太阳系外行星数量飞速增长,已经突破了数千颗,随着每次开普勒望远镜的新发现,我们何时能够直接去探索这些行星的问题自然而然就出现了。到目前为止,人们已经提出几个建议,从未来20年内将造访半人马座阿尔法的激光帆驱动纳米飞行器,即突破摄星计划,到装备了基因实验室的空间微型飞行器(基因计划)。

但是当提到使这些航天器如何减速,才能研究遥远的恒星和其轨道行星时,事情就变得更复杂了。因为减速可不是一件容易的事。根据提出“基因计划”的法兰克福歌德大学理论物理研究所的天文学家最近的一项研究,依靠超导体产生磁场的特殊磁帆应该可以实现这样的目的,但是这个技术似乎离我们还有点遥远。

“突破摄星”和“基因计划”的相似之处在于两个概念都比较前卫,超越了传统的星际航行理论,同时也都尝试利用在微型探测器进行最新技术进行深空旅行。现在的航天工程师已经能够制造拥有运行计算和其他功能的传感器、微型推进系统和相机系统,而尺寸却比过去的仪器小。

而对于推进动力系统,科学家也有许多选择,从传统火箭和离子驱动到激光驱动的轻量帆。但是,使星际航天器减速对科学家来说仍是更为重大的挑战,因为这样的飞行器要安装制动推进器和燃料必然会增加其重量。为了解决这个问题,磁帆或许是一个新的想法但是距离实用化还有很长的距离,与其他可行方案相比,磁帆拥有很多优点,比如速度可以达到20%的光速,按照传统的深空航行理论,你可能会给航天器装备火箭发动机。通常用来发射卫星的火箭发动机,仅能提升5至15 km每秒的速度,而且是在使用多级火箭的情况下。

如此快的速度就导致减速的困难,时速1000 公里每秒或100000公里每秒的航天器减速就无法进行。使用核聚变堆或反物质推进器可能对解决问题,能够提供一定的帮助,但还是不能完全解决。

新的磁帆概念将包含一个直径超过50公里的超导回路,利用磁场进行减速。星际介质中的电离氢离子可在减速中扮演重要作用,比如反射磁帆的磁场从而实现航天器的减速。星际航行本来就是一个难题,目前连加速过程都处于理论阶段,更不用说减速了。

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