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夜空中最近的恒星!抵达它需要多久?这样的太空旅行是天方夜谭?

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online_member 发表于 2019-6-28 21:47:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
在《太空旅行:一个天文学家的指南》中,探讨了一些有关太空快速旅行的当代设计发展。在很大程度上,速度决定了一切!

夜空中最近的恒星!抵达它需要多久?这样的太空旅行是天方夜谭?968 / 作者:常务管理员 / 帖子ID:48535



使用我们当今现有的化学推进系统,并引用来自木星的“引力弹弓”,我们的速度能够达到150,000英里/小时。伽利略探测器在当今人造体中拥有最快的速度。速度可达106,000英里/小时(18km/s)。半人马座阿尔法星距离地球约4.3光年(40万亿千米)。以这个速度,到达半人马座阿尔法星需要72,000年的时间。这还不包括减速推进器以进入系统的时间。

夜空中最近的恒星!抵达它需要多久?这样的太空旅行是天方夜谭?266 / 作者:常务管理员 / 帖子ID:48535



火箭设计者于二十世纪五十年代起研究离子推进器。这种技术在科幻小说中被时常提及。离子推进器就曾出现在1968年9月播出的星际迷航剧集“史波克的大脑”中。片中,入侵者偷走了史波克的大脑并逃入了一个离子供能的宇宙飞船中。同样的技术也被间歇地应用于高度控制11号机休斯通讯卫星。此卫星在地球上空22,300英里(35,885km)处对地同步。2007年NASA的Glenn研究中心对NASA NEXT离子发动机进行了试验。上图为发动机火力全开时影像。

夜空中最近的恒星!抵达它需要多久?这样的太空旅行是天方夜谭?546 / 作者:常务管理员 / 帖子ID:48535



深空一号是第一架将离子技术作为主要推进方式的航天器。不同于会产生炙热推力的典型火箭,当通了电的氙原子被推出离子发动机时,发动机会闪耀奇异的蓝光。 相机闪光灯和灯塔探照灯中也有同样的氙气。慢慢加速发动机,每一个氙原子都会被剥离一个电子,留下一个带电粒子。那就是离子。

由探测器的太阳板供电,震动这些离子。再将发动机射出的离子加速至高速。这就为探测器提供了推力。离子被射入太空的速度高达68,000英里(109,430km)/小时。但由于深空一号远重于离子,所以它前进的速度并没有这么快。它的航行速度接近于33,000英里(53,100km)/小时。

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推力本身的重量出奇的轻。大约就是一张纸在你手上的感觉。Rayman曾说过:“如果你的任务是快速抵达目的地或即刻加速,那么离子推进器并不是一个好的选择。将它的速度从0调至60(英里/小时)需要4天。只能说加速它需要耐心。”

夜空中最近的恒星!抵达它需要多久?这样的太空旅行是天方夜谭?855 / 作者:常务管理员 / 帖子ID:48535



但一旦离子推进器达至高速,它的加速度无可匹敌。在长距离航行中,它产生的加速度是传统火箭每磅油产生的推力的十倍。每日宇宙飞船加速15到20英里(25到32km)/小时。等到任务尾声,深空一号的离子发动机已增速至6,800英里(11,000km)/小时。

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运用现有推进技术,再每日增速25公里/小时的十倍,那么在4900年内,速度就可达到光速的一半(5.4亿km/小时)。在去半人马座阿尔法星的旅途中,我们需要在前半程加速和转弯,后半程减速。那么行程时间运算如下:

至转弯点的距离=2.1光年或20万亿公里

10×加速度=250km/小时/天或8×10-7km/s/s

在这个加速度下,距离=1/2加速度×时间^2

所以,时间=228年。

转弯和减速还需要228年,那么行程总时长就需要456年。

有趣的是运用同样的离子火箭技术,我们可以在270天内抵达火星。所以这种技术突破并非难事。如果我们可以做到在30天内到达火星,那么利用同样的技术我们就能在大约50年或是人类寿命内到达半人马座阿尔法星!

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如果想要在30年内抵达半人马座阿尔法星,就需要在15年内到达距离2.1光年的中点。这就需要每日17kms/s的加速度。这比深空一号快了一千倍。以此节奏,我们将在大约一个月的时间里以与太阳风(500km/s)一样的速度航行。随即以1700km/s的速度在100天内通过冥王星轨道。

而核火箭技术可以使旅途变得更快,因为它的排气速率高达光速的20%甚至更快。以这个速度,不到25年我们就可抵达半人马座阿尔法星!以下就是用于太空旅行的核热火箭设计图。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. astronomycafe

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本文选自:今日头条
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online_member 发表于 2019-6-28 21:47:43 | 显示全部楼层
这位学者是怎么考虑的,离子发动机有和此之大的能力,抓紧做一台吧。根据能量守恒定律,将巨大的飞船加速到什么速度,飞船的动能必须提供相应的能量,离子发动机能提供吗?动能和质量有关和重量无关。
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