如果说化学燃料无法把人类送出太阳系,那么未来星际航行靠什么?

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艾伯史密斯
2020-02-25 · 探索讨论科学问题,坚持客观严谨态度!
艾伯史密斯
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化学燃料推进器的比冲量很有限,无法实现载人星际旅行,人类要想彻底离开太阳系,必须发展新一代的推进器,比如太阳风推进器,离子推进器等等,而理想的能量则来自于可控核聚变。

在上世纪,美国首先实现了载人登月,从地球轨道到月球之间的转移,阿波罗系列飞船使用了液氢和液氧作为燃料,其中携带的燃料基本占了整个飞船重量的一半。

对于把飞船从地面运送到地球轨道的土星五号,第一级总质量大约2300吨,其中燃料(液氢+液氧)占了2160吨,第二级总质量大约500吨,其中燃料占了456吨,第三级总质量大约120吨(只是壳体和发动机,不包括阿波罗飞船),其中燃料占了110吨。

由此可见,传统的化学燃料推进器效率非常低,为了把大约45吨(包括飞船自身燃料)的阿波罗飞船送上月球,整个过程差不多消耗掉2700多吨的燃料,如果要把载人飞船发射到更远的地方,消耗的燃料会更多。

比冲量

描述推进器效率的关键参数是比冲量,指单位质量的推进剂所能产生的冲量,比如液体火箭推进器的比冲量为2500~4500N·S/kg,固体火箭推进器的比冲量为2000~3000N·S/kg。

液体火箭推进器和固体火箭推进器都使用化学燃料,其原理是燃烧化学燃料产生高温高压的气体,然后利用反作用力来推动火箭前进,决定推进器效率的就是气体离开火箭时的相对速度,对于化学燃料火箭来说,燃烧温度可达3000~5000℃,产生的推力很大,但是持续时间短,很快就会把燃料消耗殆尽。

离子推进器

也称作等离子发动机,是下一代最具潜力的航天发动机之一,其原理是把气体电离,然后在强电场的作用下把离子高速喷出,瞬间温度可达100万度,效率是常规化学推进器的数十倍,理论上可以把航天器加速到100公里每秒的速度以上。

离子推进器喷出的是等离子,产生的推力比不上常规化学推进器,但是离子推进器可以维持长时间的推力,最终把航天器加速到很高的速度,比冲量很高。

目前离子推进器已经有了应用,比如日本的隼鸟二号探测器,美国的黎明号探测器等等,但是只做为调整姿态的辅助推进器。

太阳帆推进器

太阳帆也是一种理想的航天推进器,利用太阳光产生的光压,对飞船进行缓慢的加速,也许加速度只有0.00001g,但是长时间的加速也能让飞船达到很高的速度,而且整个过程不需要消耗飞船本身的能源,只要附近有恒星即可,缺点是距离恒星太远后,加速效果会大大降低。

星际航行的能源

如果人类要想离开太阳系,离子推进器配合可控核聚变是最理想的搭配,可控核聚变提供源源不断的能量,离子推进器则把能量转化为飞船本身的动能。

目前各个大国都在全力研发可控核聚变技术,比如中国的“人造太阳”,美国的激光点火技术等等,一旦可控核聚变技术得到攻克,人类就能彻底解决能源问题,彻底摆脱对化石燃料的依赖。

游戏达人玩游戏
2020-03-08 · TA获得超过4049个赞
知道答主
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目前人类只能依靠化学原料来走出地球,但是使用化学原料只能飞到地球周围的几个行星,未来要想把人类送出太阳系可能需要使用光的能量,或者新发现的暗物质。
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C春夏学姐
高粉答主

2020-03-07 · 我们一起来说说那些事吧
C春夏学姐
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等到我们人类研究出来离开太阳系的方法,那么我们用的应该是可再生资源,比如说风能太阳能这些比较安全并且将来我们可以把这些可再生资源都更加资源化。
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鹿凵小童鞋
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2020-03-07 · 关注我不会让你失望
知道小有建树答主
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这是因为化学燃料所能产生的能量是很小的,而且携带很不方便,所以未来的星际航行,还是需要考虑使用一些新型能源,来提供能量。
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鹿凵双子座
2020-03-07 · 贡献了超过328个回答
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未来的人类应该要考虑使用像太阳能等新型环保能源。这种新型环保能源续航能力很久,所以是可以作为星际航行燃料的储备。
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