以人类目前最快的飞行器,要用多久的时间才能走一光年?
如果靠人类自己制造的最高速度,跨越一光年也许需要30000年;如果靠人类飞行器曾创造的最大飞行速度,跨越一光年也需要2000年左右,人类还不具备跨越光年的能力。
目前人类主要的运载设备就是运载火箭,以至于有些人认为火箭的作用是一路驮着探测器飞到目的地。不是的,火箭的主要作用是将探测器送到轨道上,然后就结束使命了,而探测器一般携带不了多少燃料,它们的飞行主要是靠无动力的惯性飞行,在计算好的、星际引力场内特定轨道上奔向目的地。大家都知道,在地球对轨道上无动力运行,飞船的最低速度是第一宇宙速度—7.9km/s,要使飞船脱离地球向其它天体飞去,至少需要11.2km/s的第二宇宙速度。
火箭的作用就是发射过程中不断地抛洒燃料给星箭结合体加速,在停泊轨道附近脱离最后一级火箭,此时飞船的速度就已经接近入轨速度。此时由于距地面数百公里,大气摩擦很低,飞船减速很慢,在特定的轨道点启动探测器或者星箭结合体的推进器机动变轨,最终将探测器送到轨道上,在飞行期间的最快速度也就是达到预定轨道所需的最低速度。
人类目前的火箭以化石燃料为动力,效率比较低,能达到的最高速度顶多也就是16.7公里的第三宇宙速度,一光年是光行进1年,一秒光行30万公里,16.7公里每秒接近30000年才能飞跃1光年。加上引力弹弓效应,旅行者1号创造过40公里左右的速度,飞跃1光年夜大约需要万年。
典型的是旅行者1号、2号,沿着弯弯曲曲的轨道飞了40多年,才刚跨越柯伊柏带不久,大约也就光行16小时的距离。但人类曾创造的最快飞行速度却不止16.7km/s。探测器维持椭圆的轨道,是靠引力势能和动能不断转化达到的,最高点时动能小势能高,最低点时动能大势能低,相较于其它行星也是这样的。
美国曾发射过太阳探测器,太阳占据着太阳系99%以上的质量,在近太阳轨道上,动能和势能的转化十分迅速,因此探测器近日点运行时速度非常快,美国去年发射的帕克太阳探测器,在轨道上运行时最高速度可以达到200km/s,是第三宇宙速度的十几倍,那么跨越1光年所需的时间就是十几分之一,大约也需要2000年左右的时间,对于现代人类来说跨越1光年还相当不现实。
所以,现在中美俄日等航天大国都在搞霍尔推进器,这种无工质推进器靠向后喷射等离子体产生推力,这种推进器的推力并不大,因此还不能使飞行器脱离地球引力,但是霍尔推进器的好处是不需要携带多重的燃料却能产生持续的推进力,可以在相对较长的时间内持续对探测器加速,假以时日能使飞行器达到非常快的速度,那么跨越1光年的距离将更为容易。
另外,人类要跨越光年,能源模式也需要改变,至少以核能尤其是聚变能为主,也能使飞船以相对小的体积携带更多高密度的能量,能持续加速飞船的话,飞跃1光年就更容易。
但相较于宇宙,这类手段大约还不是正途。银河系的等级都是至少10万光年的直径,一旦踏上星途就是绝了后路,甚至没办法和地球联系,一光年之外信号来回就需要两年,无法形成有效的联系。所以最终决定人类步子迈多远的因素是基础科学的发展,要么找到引力子、要么证实虫洞的存在能源级别可以实现折叠空间,或者其它人类现在还不知道跨星域的交通通讯方式,要不然星辰大海就只能是梦想。