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人类对未知世界充满好奇，对宇宙探索从未停止。太空旅行是人类极大的梦想，科学家一直在努力。
然而宇宙浩瀚，星际遥远，要实现跨星际飞行，得突破宇宙飞船的速度，这就要求飞船必须拥有强大先进的推进系统。能够支持这样的推进系统技术中，有反物质发动机、曲速引擎、星际冲压发动机、超空间发动机等。
其中，超空间发动机最有可能实现。为什么呢？我们来对比一下：
①反物质发动机：目前只是一种理论上的发动机，它使用反物质来推进宇宙飞船，具有极高的比冲量和推重比。它的好处是反物质的湮灭可以自动产生，不需要像核发动机的核反应那样需要许多条件，所以就不需要很大的反应堆，可以减轻飞船重量。
不过，若想把理想变为现实，还有许多困难要克服。首先是制造它太消耗能量了，因为我们目前还没有其他制造反物质的办法，所以只能把湮灭过程反过来，使用粒子加速器，根据爱因斯坦的质能转换公式从能量中制造出反物质(以基本粒子的形态产生)。由于这个原因，现在全球每年才能制造出1百亿分之一克的反物质，这点反物质还不够加热一杯咖啡。
另外一个障碍是储存，因为反物质只要遇到正物质立刻就会湮灭爆炸，所以我们无法使用任何正物质制作的容器来存放它，现在都是通过磁场来保存这些反物质基本粒子。使用最多的是超冷真空的彭宁离子阱(Penning trap)，这是种可以便携运输的反质子存放装置，利用迭加电磁场来存放质子，但正电子难以用这种方式存放。
②曲速引擎：曲率引擎是一种超光速推进系统，曲速技术设想通过在宇宙飞船周围出了一种正常时空的人工“气泡”，使得飞船可以安全的以快于光速的几个数量级的速度航行，同时又回避了时间膨胀的相对论性的问题。
2015年5月，NASA的科学家已经开展了对曲速引擎的研究工作，并对这种科幻级的动力系统进行了测试。这一消息公布后引发了多方关注，支持者认为曲速引擎的研发能够让我们不带笨重的燃料前往宇宙深处，甚至能够比光速运行得还快。这听起来似乎非常棒，这个的工作室位于NASA约翰逊航天中心Eagleworks实验室，首席科学家为Harold White博士，他们已经通过一套被称为EM drive的动力装置获得了推力。而这个装置的原理，并非一般意义上靠扭曲时空行进的“曲速引擎”。
EM drive的工作原理实际上是通过电磁波在一个圆锥形金属封闭空间内产生的一部分能量，外界认为这个想法存在原则问题，即违反了物理学上的动量守恒。这就像你坐着汽车驾驶座上推动仪表盘，汽车就会前进。科学家认为Eagleworks实验室的方案仍然有待解决。在此前的测试中，物理学家没有在真空环境中运行这套系统，而且实验设置可能还存在问题。而更大的问题是，该实验背后的数学和物理原理目前还不完善，甚至可能并不存在。
③星际冲压发动机：星际冲压发动机又称巴萨德冲压发动机，因为它是美国物理家巴萨德(Robert W. Bussard)在1960提出来的，典型的巴萨德冲压发动机其实也是一种核聚变发动机。星际冲压发动机的飞船可以不牺牲灵活性而解决燃料携带方面的问题。因为核聚变的燃料氢在星际空间中到处都是，只要在飞行的途中把它们搜集起来送进反应炉中就可以了。
但是它有几个难点：
第一，这个飞船的速度必须首先达到光速的6%才能让发动机开始工作，因为只有达到这个速度，才能让氢收集器收集到足够的氢作为燃料；可是光速的6%，也就是每小时6400万公里的速度对于现在的人类技术来说实在是个遥不可及的目标。
第二，我们目前的技术无法使用普通的氢来进行热核反应，所收集到的氢中，只有1%是适合能作为燃料使用的氢同位素氘和氚，也就是说绝大部分都是谷糠只有小部分才是米，这会让加速度根本达不到1g，而可能仅仅是地球重力加速度的1/1000而已。
第三，如此，这个磁场漏斗的直径需要高达5万公里以获取足够的燃料，但当高速飞行的时候，这个磁场将产生巨大的拖滞效果，就如同我们推着一个大木盆游泳时的效果一样，通过计算，这样的飞船其实无法达到接近光速的速度，最多只能达到光速的16%，虽然这也是相当高的速度，但要想在宇航员有生之年环游宇宙就成了泡影。
第四，这个磁场如何运作也有难点，因为当磁场的磁力线在燃料收集口汇聚到一起的时候，磁场就开始把所有的离子弹开而不是继续拉进来，结果这个磁场漏斗变成了个磁力瓶，把星际物质收到飞船前面变成一个圆锥体，但却阻止它们作为燃料注入发动机。一个解决办法可以是利用脉冲磁场，不断展开和中断，但这个应用方式却有相当大的难度。
第五，这个飞船需要提供大量能量给磁场以及电子束或者激光，对于一艘无人飞船来说，磁场要超过1千万特斯拉(特斯拉：磁通量密度的国际单位，等于一韦伯/平方米)，产生这样的磁场无疑需要巨大的能量，更不用提用来将大范围的原子电离的激光或者电子束了。
第六，星际物质中除了氢外还混合大量的其他原子以至分子，对于热核反应会起什么影响还不知道。
④超空间发动机：《苏格兰人报》和《新科学家》报道，美国空军和NASA目前正在秘密研究一种史无前例的飞行动力装置———“超空间发动机”。据称，这类发动机可以实现人类太空旅行的梦想，到达火星只需要三小时。
据悉，“超空间发动机”的理论基础，来自上世纪50年代已故德国物理学家巴克哈德·海姆首次提出的一个颇具争议的宇宙构造理论。该理论称：
如果能由“超空间发动机”创造一个足够强大的磁场或重力场，那么身处其间的物体（如太空船）就将“进入”另一个完全不同的“多维空间”。而在“多维空间”中，光速将比目前的快许多倍，从而太空船也将以“难以置信的高速”飞行。当飞行结束、关掉“超空间发动机”所创造的磁场后，太空船将重新返回我们目前所处的三维空间。
郝瑟教授警告称：
超空间发动机的实验目前仍是建立在一个颇具争议性的理论之上，而该理论是对当前物理学法则的重大挑战，迄今为止仍有许多科学家对此持不同意见。我致力于研究飞行推进系统已经多年，这无疑将是最令人吃惊的事情。而它所带来的效益也将是无法估量的。但是，超空间发动机目前仍处于假想中，我们首先必须证明它所依据的科学原理是正确的，然后才能发明超空间发动机。
不过，郝瑟教授颇有信心地表示，一旦证明“超空间发动机”的确可行，那么人类太空船将完全可以靠它在不同的星际间自由旅行。郝瑟教授称：“如果这一理论是正确的的，那么‘超空间发动机’将不是科幻小说，而将成为科学事实。”
本文选自：今日头条
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发表于 2018-7-3 21:39:31
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