Question

什么是电火箭？用它可实现光速飞行吗？

Answer 1

电火箭和太阳能火箭有什么用途
新闻来源：互联网 作者：未知 日期：2006-3-20 8:46:00 点击数：51

目前我们使用的火箭被称为化学火箭，都是依靠化学燃料作推进剂所产生的喷气来推动其前进的。

20世纪60年代初，科学家就开始研究电火箭和太阳能火箭。

电火箭的关键设备是有一台发电机和一套电子加速器。它利用发电机产生的电能，以电子形式释放出来，并在加速器中得到加速，最后从火箭尾部喷出，来产生推力。从理论上说，电火箭完全可以取得化学火箭的同样效果。但实际上，由于电子的质量很小，它所产生的推力十分微弱，远不能与化学燃料所产生的喷气相比。若要让它产生和化学火箭一样大的推力，就要配备一套十分庞大而笨重的发电设备和电子加速装置，这又将大大加重火箭的重量，显然行不通。

不过，科学家认为电火箭有它潜在的优势，它可以长时间地连续运行，不像化学火箭那样寿命很短。因为化学箭燃料消耗非常大，燃料耗尽，它的寿命也就终结。而电火箭几乎可以不用担心有用尽的时候，它还有能多次启动和控制的优点。

在目前的技术条件下，虽然电火箭还无法承担把卫星或载人飞船送上太空的任务，但它却适宜在太空无重力环境下工作，如调整卫星或其他航天器的运行姿态，让其把卫星推回原来的轨道。在太空中物体均处于失重状态，所以无须太大的力量就足以推动卫星，这对于电火箭来说是完全能够胜任的。1968年，美国首次将一组4个彼此相隔的90°的微型电火箭安装在一个同步卫星上。尽管这些电火箭只能产生几克至几十克的推力，但已足以保证同步卫星的正常运行。

电火箭还被用于卫星的变轨飞行，如让卫星从数百千米的高度飞到36000千米的同步轨道上。它也可用于推动飞船向更遥远的星星进发。但由于它的加速度很小，使飞行时间延长，因而不宜用于载人飞行。

人们还设想利用太阳能作为火箭的动力。经过20多年的研究，1988年，美国火箭达因公司试制成了世界上第一台太阳能火箭的样机，并在爱德华兹空军基地进行了地面试验。

与太阳能汽车、太阳能飞机不同，太阳能火箭不是首先把太阳能转化为电能，再由电能去驱动电动机，带动火箭飞行；而是利用太阳能直接加热被称为工作介质的氢，使氢受热膨胀，从喷管中迅速喷出来，产生推力，推动火箭飞行。因此，这种火箭无需携带笨重的电动机，更无氧化剂与燃烧室的装置。它的关键设备是在内腔室里装有一个盘状的（钅来）管吸热器。（钅来）是一种十分稀有的贵金属。它具有3180℃的高熔点，能保证它在高温条件下仍能正常地工作。另外，它还易于加工，化学性质稳定。为了提高热效，（钅来）管直径仅为0.25厘米，壁厚为0.025厘米，制作这样精细的（钅来）管自然也非易事，人们把（钅来）先制成熔液，再让其变为蒸气，沉积在预先制好的心轴表面，然后把心轴侵蚀掉，最后获得（钅来）管。

太阳能火箭的另一关键设备是太阳能采集器。美国已研制出一种薄膜制成的膨胀式抛物面反射镜，在太空中展开后它的直径可达30米，聚焦以后可提供800千瓦的热能。一枚太阳能火箭将设有两个这种反射镜，其聚焦后的阳光通过一个石英制成的窗口，照射到（钅来）管上，可把管内的氢气加热到2500℃左右喷出。

与电火箭相比，太阳能火箭的推力虽然有所提高，但目前仍然无法达到化学火箭的功效。因此，它也无法用作载火箭，仅适宜在太空中把大型的航天器从这一轨道转移到另一轨道。

光速极限

谷锐译 原文：Slaven

在读AD历险记中，你可能注意到AD的速度几乎是，但并不等于光速。这似乎有很充分的理由：远低于光速的速度相对论效应不显著。然而实际情况是超光速在物理学中是不可能的。

我会告诉你这是为什么。假想AD奋力想将他的飞船加速到光速。好，我们已经知道物质的能量与γ参数成比例，这在相对论计算中太普遍了。但你现在也会知道当物体的运动速度等于光速时，γ参数将变为无穷大。因此，为了让AD的飞船加速到光速，他将需要无穷大的能量。这显然是不可能的。因此尽管对于一个物体可以以多么接近光速的速度运动并无限制，但任何有质量的物体都不可能达到光速。实际上，没有质量的物质必须以光速运动，在此我不想讨论其原因。唯一的一种没有质量的物质是光（被称作“光子”），或许还有中微子（不久前已经证实，中微子有质量。译者）

还有其他物体不能朝光速运动的原因。其中之一与“因果性”有关。假设我投出一个垒球并打碎了一扇窗户，那么“我投出球”就是“窗户被击碎”的原因。如果超光速是可能的，那么一定会有某种参照系，其中“窗户被击碎”先于“我投出球”发生。这导致各种逻辑冲突（特别是当窗户已经碎了之后又有人截获了飞行中的球，阻止了窗户被击碎！）因此我们将物体能超光速运行这种可能性排除了。更进一步，因果性排除的不仅是朝光速运动，更排除了任何超光速通讯。

光速，就我们所知而言，是一道不可逾越的障碍。

如果你和我一样是个科幻迷，这将是一个坏消息。几乎可以肯定，在除地球之外的太阳系中不存在有智慧的生命。然而恒星间的距离太远了！我们即使以光速运行，到达最近的恒星也要花上4年时间。所以没有比光快的交通手段，将很可能无法在银河系中游荡并与异型文明相遇，为争夺银河系的帝位而站，等等。

另一方面，由于长度收缩，或许情况并非那样令人绝望。假设你登上一条飞船，以接近光速飞往10光年以外的一颗恒星。从地球的参照系看来，这个旅行将持续10年。然而对于这次旅行中的乘客而言，长度缩短了。因此这个旅行只用了不到10年的时间。并且飞船飞行得越接近光速，（相对于地球和恒星的）长度收缩得也越多（你也可以从时间膨胀的角度考虑这个问题）。

为了说明这点，这里有一个表，标明以不同的速度到达不同目的地所需要的时间。让我解释一下它们的含义：

首先，为了能产生显著的长度缩短，我们必须非常接近光速。因此我假设在旅行中飞船可以产生一个稳定的加速度。这也就是说，飞船内的人将感受到一个连续的加速度。例如，前半程以1g（g为地球的重力加速度。译者）加速，后半程以1g减速。
第二列以光年为单位给出了地球距离我们目的地的距离（一光年是光在一年内传播的距离，大约是6万亿英里）。我加入了三种不同加速度的计算，一种较小，另一种较大；剩下的一种与地球的重力加速度相等。加速度为2g的旅行可能会非常不舒服，因此或许你根本不用再考虑所有比这更大的速度。

第四列列出了最大速度（在中点处，当飞船正要转入减速运动时）与光速的比值。最后两列给出了旅行所需要的时间。首先以地球为参照系，然后以飞船为参照系。其中的差别很重要。我的意思是，如果说你乘飞船以2g的加速度飞往猎户座，在你到达猎户座之前要在飞船上渡过6.8年的时间。（尽管距离很远，但“飞船时间”增加得非常慢。这是因为距离越大，在开始减速前你越能接近光速飞行，因此你得到的长度收缩越多！）但当你到达那里的时候，地球上已经过500多年了。你到达猎户座后所发出的任何信息都将在500年后到达地球，回信也是如此。因此如果人类有一天能漫步在银河系之中，不同居住点之间将处于隔绝状态。地球上的人不可能以任何常规方式同猎户座附近的人交谈。

为建造一艘可以像这样无限加速的飞船，现在看来有无穷的技术困难。这些困难可能会被证实是不可克服的，那么我们就只能在幻想的空间遨游；但如果它们是可以克服的，并且如果我们人类可以活得足够长以克服它们，那么我刚才所描述的正是依据狭义相对论的理论上（可行的）远程宇宙旅行。

当然，许多科幻小说仍然加入了超光速飞行。但它们也常常不得不在其中引入一些奇怪的概念，如：“（时空）扭曲”、“超时空”。最终的情况是：就我们今天所知的时、空而言，超光速飞行是不可能的。但如果你喜欢，你总可以寄希望于某种时空的“窗口”或一个全新的，允许物体超光速运动的物理分枝被发现。

那样，我们就可以着手建立一个大银河帝国了！

Answer 2

Ion Engine---离子推进器，是一种电动力的火箭发动机。它利用强大的电场加速被电离成为离子的推进剂，从而产生推力。离子发动机有很多种，有些完全依赖电力推进，有些还需要利用洛仑兹力推进，但总之，他们都属于电力推进器。

离子发动机的突出优点是比冲（推力和发动机工作时间与消耗推进剂的比值）相当惊人。传统的涡轮喷气式发动机大约只有200，一般燃烧燃料的化学动力火箭发动机也不过300-500，而离子发动机一般都可以达到2000以上，美国投入实用的型号已经可以做到3300。这就意味着消耗同等的推进剂，离子发动机的推力会比传统发动机大将近十倍。因此加速到相当的高速不是没有可能。

但是，因为技术上的问题，目前离子发动机的推力相当的小，一般只有零点几牛顿（大约10几克），因此目前还不能用来做大推力火箭。但是这种发动机的连续工作性能好，不需要大量推进剂（燃料），所以现在的一些深空探测器都使用离子发动机作为主推进器，这样可以在其较长的飞行时间内获得比传统火箭发动机能得到的更高的速度。另外很多卫星也使用这种发动机作为姿态调整发动机

Answer 3

目前我们使用的火箭被称为化学火箭，都是依靠化学燃料作推进剂所产生的喷气来推动其前进的。20世纪60年代初，科学家就开始研究电火箭。

电火箭的关键设备是有一台发电机和一套电子加速器。它利用发电机产生的电能，以电子形式释放出来，并在加速器中得到加速，最后从火箭尾部喷出，来产生推力。从理论上说，电火箭完全可以取得化学火箭的同样效果。但实际上，由于电子的质量很小，它所产生的推力十分微弱，远不能与化学燃料所产生的喷气相比。若要让它产生和化学火箭一样大的推力，就要配备一套十分庞大而笨重的发电设备和电子加速装置，这又将大大加重火箭的重量，显然行不通。

不过，科学家认为电火箭有它潜在的优势，它可以长时间地连续运行，不像化学火箭那样寿命很短。因为化学箭燃料消耗非常大，燃料耗尽，它的寿命也就终结。而电火箭几乎可以不用担心有用尽的时候，它还有能多次启动和控制的优点。

在目前的技术条件下，虽然电火箭还无法承担把卫星或载人飞船送上太空的任务，但它却适宜在太空无重力环境下工作，如调整卫星或其他航天器的运行姿态，让其把卫星推回原来的轨道。在太空中物体均处于失重状态，所以无须太大的力量就足以推动卫星，这对于电火箭来说是完全能够胜任的。1968年，美国首次将一组4个彼此相隔的90度的微型电火箭安装在一个同步卫星上。尽管这些电火箭只能产生几克至几十克的推力，但已足以保证同步卫星的正常运行。

电火箭还被用于卫星的变轨飞行，如让卫星从数百千米的高度飞到36000千米的同步轨道上。它也可用于推动飞船向更遥远的星星进发。但由于它的加速度很小，使飞行时间延长，因而不宜用于载人飞行。
电火箭发动机能源功率不可能达到高额，推力较小，其推重比（即推力与起飞重量之比）低，只可用作小型火箭，但能长时间工作，因而适用于在外层空间推进飞行器运行，宜作星际间长途飞行的宇航器上面级火箭。