宇宙飞船为什么飞不出太阳系呢?

coloristy

宇宙飞船为什么飞不出太阳系呢?

daomei

谢邀,在此简单回答所有相关问题

宇宙飞船为什么飞不出太阳系呢?

并不是飞不出去,只是速度太慢.光的速度大约每秒30万公里,假如宇宙飞船速度大约每秒20公里.如果认为太阳系半径为2光年（奥尔特云最外）,那么宇宙飞船要飞3万年才能飞出太阳系.如果到达比邻星等其他星球,大约要6万年以上。


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一般冥王星并不被认为是太阳系的边界，因为冥王星周围和之外还有很多绕太阳转的星体，形成柯伊伯带和奥尔特云．旅行者１号已经走到星际空间，实际上指的是旅行者一号离开了日光层（离太阳１５０亿公里），也就是太阳发射的带电离子形成的带电离子泡．旅行者一号周边的带电离子密度和星际介质已经基本相同，但是旅行者一号仍然在太阳的引力范围之内．
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为什么宇宙飞船飞得这么慢呢?
首先你要知道每秒20公里已经非常快了,地球上宏观物体一般只有化学火箭能达到这么快速度.牛顿力学告诉我们,要想获得快的速度,你得有力持续不断的推动.然而并不存在这样一个力恒久的推动火箭.火箭必须依靠反冲,换句话说,火箭必须携带燃料，往后喷出高速气体,才能获得反冲力使得自己前进。然而，高速气体的速度最快也就每秒几千米。由于火箭必须自带推进剂，所以通过计算得知，火箭的末速度和自身携带的推进剂成指数关系。换句话说,速度每提升一倍，火箭自重得增加好几倍。最后即便火箭携带整个地球质量的推进剂，也不能达到很快的速度。因而,客观上的火箭一般只能加速到几十千米每秒.

下图为理想火箭推进剂和末速度关系，遵循理想火箭方程：

ve是高速气体速度，m0为推进剂质量，m为载荷，为速度变化，Propellant specific impulse 是比冲，也就是火箭发动机单位重量推进剂产生的冲量。一般在200~400左右。
横坐标为单级火箭推进剂和载荷质量之比。纵坐标为末速度（20000ft/s=6.096km/s）

可见，单级火箭很难把载荷带到很高速度（>7km/s）．因而通常的火箭都是多级的，通过抛掉不需要的质量使得剩余火箭速度更快．但是火箭也不能无限的增加级数，否则系统太过复杂，目前以三级较为普遍。


顺便图示下旅行者2号和新视野号的速度曲线，在一开始它们的速度都远超第三宇宙速度。但是由于太阳引力，这两个飞船速度都会逐步变慢，即便这两个飞船都使用了“引力弹弓”加速（如何理解引力助推（引力弹弓效应或绕行星变轨） ？它在以前的应用和将来的展望是什么？ - 天文学），但是速度仍然会降到20千米每秒之下。

上图，旅行者二号先后使用了木星，土星，天王星加速。在海王星附近减速以观察海王星卫星海卫一。
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有没有办法实现高速飞船?

有的,但是不具备工程可行性

目前两种办法是可能的,第一种是核动力飞船,但是目前的核动力飞船有很多局限,如果用核动力,那么核燃料储存,使用,辐射防护都是个非常大的难题,目前不具备工程可行性．像三体那样，在未来用氢聚变推动飞船是比较可能实现的技术．


顺便提一下反物质推进飞船，这个可能是最理想的推进剂，然而，地球上的反物质仍然是以粒子个数计算，连微克都没有．以后如果人类在太空能够找到反物质矿，那绝对是最理想的飞船动力来源．

第二种就是用激光推动飞船，但是这要求飞船有很大的激光反射面，俗称光帆。这个光帆有多大呢?有人计算过，如果实现星际航行所需要的光速1/3，激光反射面也就青海省大小。考虑到工程可能性和建设大功率激光电站的花费，这个也不现实。
但是,如果不是推动大型飞船，而是质量很小的探测器，那还是很有可能的，比如霍金的"突破摄星"计划。然而，如果微型探测器太小，则很容易被星际尘埃干扰甚至摧毁。而且微型天线功率很小，也很难保持和我们的联络，很可能发射出去之后就不知所踪了.

（激光推动光帆飞船想象图）

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有没有办法实现跃迁等技术呢?
目前这个只停留在科幻上,理论和实践仍然距离遥远．曲率推动看上去不违反任何理论，但是目前对时空进行操作的技术还停留在演算之上．扭曲时空目前的可行方案就是制造类似黑洞一样的高密度大质量物体，但是这个谈何容易．．．而通过黑洞来进行虫洞跃迁，理论上有可行性，只是，目前发现的最近的黑洞离我们也有１６００光年．．．

还有一种科幻理论，假设先在一处把物体粒子打散，然后提取信息发送，在另外一处重新组合粒子重构实体．这种方法类似于《哈利波特》里面的＂幻影移形＂，但是考虑到人体内有几百万亿个细胞，几千亿亿亿个原子。想要提取这个信息还是相当难，更别提传输和重组了。

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我想体验星际旅行,如何实现?
目前有很多太空题材的游戏,比如 EVE online 等．


过几年之后VR大规模实现,那时候的游戏公司肯定会出好多太空题材的VR游戏,让你身临其境.


（ＶＲ技术将会引领科幻和奇幻两方面内容创作，带来的体验效果将远超目前的游戏）


我该怎么做帮助未来星际旅行?
好好培养下一代,一个孩子成为科学天才,早日实现核聚变等高科技,第二个孩子努力积攒财富,因为太空探索无比烧钱,第三个孩子努力实现世界和平,别让人类还没出太阳系,就内斗死在了地球上.

150550

我们假设地球有这么大

那么地球到月球大概有这么远（足球两个球门柱之间的距离）

地球到太阳呢……大概绕这个一圈

到冥王星呢？大概这么远。

旅行者1号，如今已经离开了日球层，飞到了这么远。

太阳系的边界在哪里？目前还没有精确的界定，以奥尔特云为边界的话，一般认为大概有这么远

按这个比例，光大概以这个速度飞奔

声速呢？乌龟？蜗牛？不不不太夸张了，声速大概相当于它……的生长速度

旅行者1号呢？自然快得多了……虽然现在慢下来了，但是它飞得最快的时候，都快赶上它的一半了

我们用比蜗牛还慢得多的速度，爬了几十年，一瞥临市的风景。但是如果靠这样的速度，一路爬到月球，还真是实际意义上的“不可能”。

WQEQ

无语

目前宇宙飞船最高的速度也只有两三万公里一小时。
光速可是30万公里一秒。
我们现在的最快速度相当于光速的0.003%。相当慢吧。

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从地球到太阳，几亿公里的距离，光只需要八分钟。我们的火箭等却需要一年。
（从地球到火星，也类似）

从地球到冥王星50亿公里，光只要四五个小时，火箭却好几十年。
这还是我们太阳系以内的。

到太阳系内最边缘的地方，比如彗星源oort cloud有多远？大概一光年。
一光年可是１０万亿公里。
光要一年，我们却要三万年！

隔壁其他恒星呢，四光年，也要十万年。没戏了。
（比如proxima centauri那颗星星，上周刚发现有个和地球差不多的星球。竟然最近的都有了，很激动啊。但是去一趟还那么十多万年时间，没办法）

更别说其它星系内其他恒星，都几千几万光年的距离，过去一趟还要几千万年，呵呵。
其它星系都几百万光年距离，更不用说。

就算要去最近的恒星，那都要十万年。科技不够发达，当然过不去了。

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比喻一下吧：

如果地球跟火星是两颗挨在一起的玉米，距离一厘米左右；

地球跟proxima centaurii那颗最近恒星，距离有多大？
大概是２００、３００米。隔壁小区这样的距离。

到火星隔壁那一粒玉米都要花一两年时间，如何去几百米之远的小区呢？

根据这个比例，我们银河系有多大？大概是整个地球表面多有国家这样的规模。
到其他星系，在这个玉米尺度里是地球到月球这样的概念。

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虽然很悲观，还是有希望。目前有一些技术能达到光速的１０％左右。到火星几个小时，到冥王星几天，到其他恒星星系也只要五十年。但是这些处于早期研究，费用超大。我们这一辈子还看不到那种技术水平。

呵呵，还是走一步看一步吧。现在太早了。

HWCEJgmU

这依赖于于你对下面几个名词的定义：
太阳系：传统狭义的太阳系指的是九大行星（算上冥王星好了），广义的太阳系则包括库伯带和奥尔特云，绵延好几光年……
宇宙飞船：啥叫宇宙飞船？探测器比如旅行者二号这样的算不算？一定要载人吗？
啥叫飞出：目前有能力飞到另一恒星系统的引力范围？还是目前已经飞到另一恒星系统的引力范围？

好吧，不装大神了，目前的情况是：我们人类目前有能力吧不载人的飞行器，通过多次借用行星引力加速作用达到第三宇宙速度。也就是说达到这个速度的飞行器是可以最终摆脱太阳的引力的。目前有数个飞行器已经飞跃了冥王星进入了库伯带，但是要最终飞出广义的太阳系，还需要好几代人的时间。也许纳米飞行器还会更快一些。顺便安利我的一个答案
如何评价霍金的突破摄星计划？ - Zhang Bill 的回答