蒸汽動力飛船成太空“永動機” 可無限次“加油”永久服役

蒸汽動力並未過時,甚至在太空探索領域也是如此。美國中佛羅里達大學的科學家研製了一款名為WINE的蒸汽動力飛船。只要經過富含水冰的小行星或者彗星,WINE就能把它們當成“加油站”,開採上面的水資源作為推進劑。換句話說,這種飛船可以進行無限次補給,進而永久服役。

蒸汽動力飛船成太空“永動機” 可無限次“加油”永久服役

科學家研製的WINE飛船,可開採小行星和彗星的水資源,為自身提供無限推進劑

美國中佛羅里達大學的一個研究小組與蜜蜂機器人公司合作研製了一款名為WINE的蒸汽動力飛船原型。聽起來似乎是一個巨大退步,但實際上,將水作為推進劑擁有巨大優勢。造訪小行星和其它天體時,WINE飛船可以開採上面的水冰並將其轉化成水。只要持續補水,它便可以永遠服役下去。

過去60年深空探索計劃大踏步前進,人類打造的飛船造訪了太陽系的每一顆行星以及大量小行星、衛星和彗星。雖然我們的飛船已經飛到距地球135億英里(約合217億公里)的遙遠天域,但這些機器人探險家受到一個頑固因素的限制,那就是推進劑。

蒸汽動力飛船成太空“永動機” 可無限次“加油”永久服役

美國科學家打造蒸汽動力飛船,執行深空探索任務

為了進行行星際旅行,飛船必須使用推進劑,要麼藉助化學燃料火箭,要麼採用離子推進裝置。前者只能短時間點火,但卻可以產生巨大能量,後者可以運轉數月,但產生的推力僅相當於一枚硬幣的重量。除了推動飛船前進,推進器還用於調整路線或者保持飛船姿態,從而進一步消耗推進劑。

使用推進劑無法迴避一個鐵律。一旦耗光推進劑,探索任務也就宣告結束。飛船的飛行軌跡完全取決於牛頓運動定律,姿態則由陀螺儀決定。無論是1942年進入太空的第一枚V-2火箭還是穿過柯伊伯帶的“新地平線”號飛船,最終命運都掌握在推進劑手上。

蒸汽動力飛船成太空“永動機” 可無限次“加油”永久服役

“新地平線”號飛船藝術概念圖

如果中佛羅里達大學證明蒸汽動力飛船的可靠性,這種窘況有望在不久的將來發生改變。WINE並不依賴發射時攜帶的燃料,可以在造訪月球、水星、冥王星、小行星或者彗星時開採上面的水資源,而後利用水產生蒸汽以獲得推進力。

為了驗證蒸汽動力的想法,蜜蜂公司與安柏瑞德航空大學合作研製了這顆原型探測器。中佛羅里達大學的行星學家菲爾·梅特澤格創建了相關電腦模型和模擬。此外,這所大學還提供了模擬的小行星物質。2018年12月31日,WINE進行了第一次驗證。這艘飛船隻有微波爐大小。造訪太陽系內側時,WINE利用太陽能電池板提供電量;造訪陽光較弱的太陽系外側時則藉助放射性同位素發電機。

蒸汽動力飛船成太空“永動機” 可無限次“加油”永久服役

蒸汽動力飛船的優勢在於能夠進行無限次補給

由於採取蒸汽動力,WINE可以無限次“加油”,進而永遠服役下去。在深空探索任務的每一站,WINE都可以採用一系列方式獲得補給,具體取決於所造訪天體的引力。研究小組表示蒸汽動力不僅能夠讓任務持續時間延長數倍,同時也能降低太空探索成本。

梅特澤格指出:“每次造訪其它天體,我們都要投入大量時間和金錢建造和發射飛船。在設計上,WINE永遠不會耗光推進劑,因此能夠大幅降低太空探索成本。與其它飛船不同,WINE的研製無需數年時間,允許我們在短時間內實施探索任務。”WINE項目是美國宇航局小企業技術轉讓計劃的一部分,現正尋求合作伙伴,打造一艘真正意義上的蒸汽動力飛船並在太空中進行測試。


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