这个中秋,在全国人民的殷切瞩目中,天宫二号成功升空!如今她正静静等待十月中旬与神舟十一号的亲密拥抱,届时将组建“太空之家”,供航天员们进行长达30天的生活和工作。
多想从画面转播中径直穿梭到他们身边,感受一下那无垠星海的浩瀚壮阔...不过星际旅行,真的是遥不可及的一个梦吗?
比邻星b(Proxima b),距太阳系仅4.2光年,质量约为地球的1.3倍,位于宜居带,理论上允许液态水存在。被誉为“下一个地球”的候选者,是近年出现的最有望成为未来家园的类地行星。
不过即使是最高速度达到每小时39,895千米的“阿波罗”10号,到达比邻星也要花上12万年。而当今飞得最快的人造物体——美国航空航天局(NASA)的“新视野”号,速度也仅是光速(299792458米/秒)的1/18000。以当前的科学理论,如果飞船能进化到以百分之一的光速飞行,还是可以接受的。其实,美国太空探索技术公司(SpaceX)、波音公司、内华达山公司(Sierra Nevada Corporation)等私人太空公司,都在纷纷开始建造自己的载人宇宙飞船,太空旅游业的发展速度实际上已远超我们想象。
美国《大众科学》网站列出了近期有望将人送往太空的7款航天器。
1 SpaceX的第二代“龙”飞船——首次载人飞行时间:2017年
第二代“龙”飞船最多可搭载7名宇航员,拥有四个大窗户,因此,宇航员能舒适地坐在由高质量的碳纤维和昂贵的阿尔坎塔拉(Alcantara)制造的座位上,欣赏地球、月球和太阳系的美妙风景。 据介绍,第二代“龙”飞船推进系统的燃烧室是利用金属激光烧结技术3D打印而成的,这是首款投入使用的3D打印飞船引擎,8个超强引擎推进系统拥有约合2.22万牛顿米的推力,动力是第一代“龙”飞船所用引擎的200倍。2 波音的CST-100星际客机——首次载人飞行时间:2018年 波音公司打算利用“星际客机(Starliner)”载人航天器,于2018年将人送往国际空间站。
星际客机能够轻松搭载多达7名成员,而且非常舒适。每架星际客机预计能够完成十次往返空间站的飞行任务,且能够使用一种先进的降落伞和气囊系统返回地球。3 内华达山公司的“追梦人”——首次载人飞行时间:2019年 内达华山公司的“追梦人(Dream Chaser)”是目前看来,设计最为独特,也总能令人联想起NASA以前心爱的航天飞机。 “追梦人”长9米、直径7米、总重为11吨,比以往的航天飞机要轻便小巧得多,最多可搭载7名乘员。
由于“追梦人”具备在国际空间站停靠和与之对接的能力,它不但可以方便快速地交付货物和重新装载,达到NASA对国际空间站运货的全部要求,而且还能在普通机场着陆;进行15次飞行的重复使用,大大降低了成本,因此,受到了NASA的青睐。4 蓝色起源公司的“新谢泼德”——首次载人飞行时间:2018年 1961年5月5日,艾伦·谢泼德乘坐“自由7号”宇宙飞船遨游太空,成为美国第一位进入太空的宇航员。 因此,亿万富翁杰夫·贝佐斯(亚马逊公司的创办者,《华盛顿邮报》的所有人)给其旗舰版航天器命名为“新谢泼德(New Shepard)”,这一航天器可能很快就能把普通人变成真正的宇航员。
该航天器拥有航天飞行历史上最大的窗户,占据了航天器表面三分之一的地方,让游客在离开地球大气层时能够欣赏沿途的风景,并且将以3马赫的速度将最多6名乘客送往超越“卡门线”以外的目的地。下图即为卡门线,“卡门线”是国际公认的大气层与太空分界线,也就是太空的边缘线,位于地球表面100公里以上。 据《财富》杂志报道,该公司预计将在2018年搭载付费乘客飞行,它将打造6枚“新谢泼德”火箭,搭载6名乘客自主飞行至地球100公里的高空。5 “看世界”公司的航天器——首次载人飞行时间:2017年 “看世界”公司也能将一名普通人送至10万英尺(约合30480米)的高空,让游客们俯瞰地球美景,目前一趟旅程的售价为7.5万美元。
这一目的地严格来说,并不算处于太空中,但显然已经很远,足以看到以夜空为背景的地球曲面。而且乘客不会经历穿越地球大气层时感受到的重力,因为他们是乘坐一个用氦气球吊起的航天器以每分钟304.8米的速度升空。 整趟旅程大约需要4小时,上升至目标海拔大致需要1.5至2个小时,然后飞行器会在这样的海拔高度中,停留2小时,比任何其他太空旅游公司提供的观赏时间都要长。 6 维珍银河公司的“太空船二号”——首次载人飞行时间:未知 “太空船二号”由维珍银河公司制造,这款可重复使用的固定翼航天器是该公司首款提供私人亚轨道飞行的航天器。
今年2月底,公司发布新版“太空船二号”火箭飞机——VSS Unity。维珍银河透露,该名字实为斯蒂芬·霍金所取。霍金也通过推特表达了对未来商业太空飞行的兴趣:“如果我还能去,如果理查德仍然愿意带着我,我会很自豪地乘坐这艘飞船飞行。”
7 NASA的“猎户座”飞船——首次载人飞行时间:2021到2023年 美国国家航空航天局(NASA)正在研制16英尺长(约合4.88米)的新一代载人宇宙飞船“猎户座(Orion)”,在太空中将与一个更大的太空舱对接,为6到9个月的太空之旅提供生活空间。
“猎户座”飞船相当于放大版的“阿波罗”,可载4~6人,但更加先进。现在,该宇宙飞船可供宇航员在其间生活约21天,如果宇航员想要长期生活,则需要一个居住舱。如果我们真的想进行深空星际旅行,并前往比邻星以外更遥远的地方,那么就需要强大的技术支撑,目前主要有以下几种技术设想,当然具体可行性程度还未可知...
1 离子推进 传统的火箭通过向后喷射气体来向前推进。离子推进器使用相同的原理,但与喷射高温气体不同,它们喷出的是带电粒子(离子)。
由此产生的推力非常微小,但就产生相同的推力而言,离子推进器所需的燃料比传统火箭少。如果它们能长期稳定地工作,最终也能把飞行器加速到极高的速度。2 核脉冲推进 上世纪中,美国核科学家首次提出了核脉冲推进方法可用于星际间航行,基本想法是:在飞船被火箭等工具送入太空后,于高强度防护板后,以一定时间间隔引爆小型核爆炸装置,推动飞船加速前进。
这一思路后来得到改进,演化出三种利用核能的方式:核反应堆的热能、来自反应堆的高能粒子以及核弹。尽管所有星际航行的动力问题设想中,普遍认为核脉冲推进是水平最低的,但也远超过了我们现在的技术水平。 3 核聚变火箭 与核裂变方式相比,核聚变方式推进飞船的威力要大得多了。
按《星际航行概论》(钱学森著)中计算,核聚变火箭的喷射速度就能达到光速的6%。不过核裂变发动机在核心制造方面没有太大困难,核聚变则不是,毕竟迄今我们在地面上还没有一个能量增益的聚变反应堆呢。
4 星际冲压发动机 所有的火箭,包括核聚变火箭,都存在一个根本问题。为了获得更高的加速度,就必须携带更多的燃料,这就会使得飞船变得越来越重,最终又减缓了加速。因此,如果你真想进行星际旅行,就应该避免携带任何燃料。
1960年物理学家罗伯特·巴萨德(Robert Bussard)提出的星际冲压发动机就能干净地解决这个问题。它并不携带核燃料,而是通过电离周围宇宙空间中的氢,并且使用“电磁网”将它们吸入飞船做为燃料。由于星际空间中氢的数量非常少,这张电磁网必须要有数百甚至上千千米宽。5 太阳帆 这是解决燃料携带问题并且达到超高速的另一技术,但代价是时间。
就如借助风能的风帆,太阳帆汲取的是太阳光中的能量。太阳帆已经在地球上的真空室中成功地进行了测试,但轨道测试却屡遭不幸。2005年,“宇宙”1号发射失败,另一个“纳米帆-D”也因火箭发射失败而告终。 6 磁帆 作为太阳帆的一个“变种”,磁帆由太阳风推动,而非太阳光。
太阳风是自身具有磁场的一股带电粒子流。其想法是,在飞船周围包裹上一层和太阳风极性相反的磁场,通过磁场间的排斥作用飞出太阳系。另一种变体则是“空间蛛网”,它使用从飞船延伸出的带正电的导线来排斥太阳风中的正离子。
7 光子推进 这也许是我们快速到达比邻星系统的最佳选择,不仅成本划算,技术可以说是现成的。因此,就在发现比邻星b消息公布的第二天,1亿美元的“突破摄星”计划就宣布将自己的目标对准比邻星b。
摄星计划始于今年4月,由科学家霍金与俄罗斯亿万富翁米尔纳联合启动。其设想利用传统火箭发射母体太空船,将数千个配备太阳帆的“纳米飞船”带往地球高空轨道,高能激光将在数分钟内将“纳米飞船”加速到20%的光速,驱动其飞向目标。“人从未比在太空行走时显得更为渺小或更为伟大。”
- ——〔美〕蔡斯 《视野》
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