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答:人類目前處在太空時代的探索期,星際航行需要眾多先進技術得到突破,快者幾百年內能實現,慢則需要數千年。
人類從發明蒸汽機開始,到汽車出現用了100多年,再到飛機出現花了100多年,人類進入太空又花了50多年的時間,下一步就是登陸外星球建立永久基地,然後實現星際航行飛出太陽系。
以人類目前的技術水平,建造一艘大型太空飛船是完全沒問題的,只是成本太高;而且目前的太空推進器,都是使用化學燃料,難以實現遠距離的太空航行。
要想實現星際航行,人類首先要解決兩大難題,一是高效的推進器,二是能源供給。
推進器
化學推進器,依靠化學物質燃燒釋放大量能量,來推動飛船行進,但是化學燃燒需要巨量的燃料和氧化劑,這大大增加了飛船重量;比如阿波羅系列飛船,其攜帶的燃料重量就超過了整體重量的一半。
未來有可能實現等離子推進器和太陽風推進器,等離子推進器把物質先轉化為等離子體,然後以很高的速度噴出,從而推進飛船前進,太陽風推進器需要在靠近恆星的地方使用。
能源供給
化學燃料可以幫助我們離開地球,但是要實現星際航行是遠遠不夠的,目前世界各國正在大力發展可控核聚變技術,一旦得以實現,人類能源問題就將徹底得到解決。
然後把可控核聚變技術加以改進,安裝在飛船上使用,就能滿足一艘飛船遠距離星際航行的需求,甚至讓人類走出太陽系,實現星際移民。
不過目前來看,推進技術和能源技術,在短時間內是無法解決的,而且星際航行需要的遠不止這兩項技術;或許人類的星際航行,在未來數百年內能夠實現,慢則需要數千年。
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艾伯史密斯
從科學原理上來說,製造一艘用於星際航行的飛船並不存在什麼障礙。它從本質上來說,與人類製造的探月飛船沒有多大的區別。但是,真正實施起來卻是困難重重的。探月飛船與星際飛船比起來就像小漁船和航空母艦的區別。
圖:阿波羅計劃的登月艙
星際飛船首先要解決的是動力問題。
目前的動力系統主要是化學火箭。它利用燃料燃燒後的高溫、高壓將物質噴射出去產生的推動力工作的。由於化學反應的能量轉換效率太低,所以,化學火箭需要攜帶大量的燃料。這樣,使得星際飛船能夠攜帶的有效載荷大大降低,也使得星際飛船的製造無法實現。
圖:
德爾塔-4運載火箭,幾百噸的大傢伙,有效載荷只有幾十噸,當然,在宇宙中要好很多
化學火箭最多可以支撐人類在太陽系內的宇航。要想進行星際旅行必須要有更有效率的動力裝置。這個裝置就是真在研發中的核聚變反應堆技術。核聚變反應堆可以將燃料質量的0.7%轉換成能量,然後利用離子推進器推動星際飛船前進。
圖:
安裝在深空一號上的NASA的2.3 kW NSTAR離子推力器正在噴氣推進實驗室裡試驗
這是最近幾十年能夠實現的發動機技術。更加高大上的是“反物質”火箭,它能夠100%的將燃料質量轉換成能量。從原理上講非常簡單,但反物質的大規模製造是最近200年不能解決的問題。現在的技術製造的“反氫”數量只能用“個”來計量,利用“磁力陷阱”保存它的時間也只能達到區區十多分鐘。
人類的生存問題
宇宙實在是太過寬廣,距離太陽系最近的比鄰星都遠在4.2光年以外。即使能夠進行0.3倍光速的飛行,加上加速和減速時間(人類能夠承受的過載有限)都需要數百年才能到達。顯然,人類沒有這麼長的壽命去完成這個旅行的。也不可能攜帶如此之多的食物和氧氣去維持人類生存的。
這就需要一個可以循環利用物質的系統~小型生態圈技術。人類可以一代接一代的在其中生存,直到到達目的地。
人工生態圈可以在人工照明的條件下,為宇航員提供食物和氧氣。這個技術已經有了,但還沒有在太空中進行實驗。
圖:星際飛船
圖:飛船內部
太空環境對人類非常的不友好,即使在飛船內部,依然會受到宇宙射線的輻射。它對人類的身體健康影響非常大,它會破壞DNA,使人類癌症的發病率顯著提高,這個問題非常難以解決。
綜上所述,製造星際飛船和進行星際旅行還需要人類的科學發展數百年時間,不論怎樣,人類終將會走向太空。
講科學堂
星際飛船從字面上理解就是能從一個恆星系飛到另一個恆星系的飛船,而距離太陽系最新的恆星系4.22光年之外的比鄰星,對於人類來說在有生之年到達比鄰星並安全返回的飛船才是真正的星際飛船。
1977年發射的旅行者一號42年飛了20光時,已經飛出太陽系日球層的它還在以17km/s的速度向著太陽系邊緣飛去,考慮到太陽系半徑一光年,旅行者一號至少還需要1.7萬年才能飛出包裹太陽系的奧爾特雲。
很顯然17km/s的速度遠遠達不到星際航行的需求,170km/s的速度顯然也不可能。如果未來人均壽命可以達到100歲的話,用十分之一光速前往比鄰星再返回就只需要80年左右,這幾乎就是我們能接受的最低級的星際飛船了。
我們現在的航天速度一直徘徊在光速的萬分之一到千分之一,這是由於化學動力火箭的性質決定的,因此要想製造星際飛船就必須換一個更強大的動力源,比如可控核聚變。
雖然我們已經利用核能發電半個多世紀了,但用來發電的只是可控核裂變而不是可控核聚變,要知道後者的能量釋放是前者的數倍而且沒有任何汙染和輻射,因此世界各國都在鑽研可控核聚變技術。
如果50年後可控核聚變反應堆投入商用開始併網發電,那麼意味著可控核聚變反應堆在此之前就裝上了大型軍事作戰平臺,很可能就是宇宙戰艦或者巨型太空城,屆時依靠可控核聚變的巨大能量人類的宇航速度也能突破到光速的十分之一甚至更多。
宇宙探索未解之迷
科技發展軌跡這種東西,不可能如同一般的線性代數,有著固定的斜率,它的發展猶如股市行情,總是讓我們捉摸不透,可能沉默N年,毫無進展,也可能短時間內爆發,不要氣餒哦。
1957年10月4日蘇聯發射了世界上第一顆人造衛星之後,人類正式宣告進入太空時代,到2019年,不過62年,飛船的動力系統原理不變,都是拼老命向後扔東西獲得反作用力。人類在太空獲得的最快速度是相對地球35公里/秒,發射這個航天器(717公斤)的火箭,總質量超過3000噸,其中97%是燃料/氧化劑,花費12億美元(1977年),咱們該明白,為什麼人類還處於原始的太空蠕蟲階段吧。
按照這個速度(35公里/秒,不考慮加速/減速),飛往月球需要3小時,飛往金星至少需要18天,飛往火星至少需要40天,飛往木星至少需要200天(考慮到不同軌道的重合,需要提前量),要是想飛出太陽系,那要用數十年,飛往最近的比鄰星,需要上千年……看到這裡,我們的腦袋開始變大、變沉,無比的沉重。
要想獲得更高的速度,就需要在太空組裝火箭,搭載一個人,飛船質量3噸,採用9級,燃燒掉一級,就扔掉,下一級點火,繼續扔東西,直到9級都扔光了,可以獲得的極限速度是4.5萬公里/秒!知道這樣的速度背後,需要扔掉多少東西麼?答案是:超過6億噸。
目前軌道航天的運載費用每公斤5000美元,6億噸的物資運輸……想想也不是很貴,對吧?努力掙錢,今年內超過馬雲!
諸葛小村姑
星系飛行的話,現在就可以實現,只要有足夠的錢,至於星際飛行,可以在夢裡試試,或者在電影裡試試,按照物質的能量守恆定律和可控性,和宇宙的惡劣環境來看,去星際旅行幾乎等於喝敵敵畏。你懂的!
物質的可控性,即,人的可控性加上飛船的可控性總和。宇宙中有非常多的超高速飛行物,如小隕石,高速射線,這些隕石的與飛船的相對速度足以將地球上最堅固金屬擊穿,星際飛行都是以光年為單位的空間量,這就是說人在飛船中需要待的時間至少得幾百上千年。這麼長時間不碰幾個小隕石几乎不可能。再一個人體的可控性,人是在地球上進化而來的,在宇宙無引力的情況下生活成本非常高,需要人工製造離心力使人保持健康,當然短時間情況下是沒問題的在長時間無引力情況下人體的一百多種細菌將不協作,開始變異,使人得一些我們從沒見過的病。循環系統就不說了,這個難度雖說不大,但是需要的空間會非常大,我們食用的有機物,要需要光合作用才能生長,而宇宙射線這些放射物會使所有植物變異,並且攜帶放射物,這就說明我們不能用宇宙的光直接給植物進行光合作用,而是必須將一定的放射物阻隔,要讓放射物減速的物質就那麼幾種元素。
人體對引力壓力的協調也是一種長期適應調節過程,滿足氣壓與引力的進化空間並不能很快跟上,人工製造增加的成本尚且不算,佔用空間就是一個非常大的問題,還有宇宙的溫度也是一個非常大的問題,就算在太陽系調試滿足運行並不等於整個宇宙都適應,這就是說必須建立適應極端溫度的空間而不守宇宙空間的溫度干擾,這幾乎不可能。因為製造飛船的材料需要對超高溫與超低溫從中權衡。
還有有人覺得飛船可以不斷的加速度,這是一個非常錯誤的想法,加速度帶來的各種幅作用會在一定速度下體現出來,例如人體結構首先不能承受會出現細胞的健位斷裂,而飛船本身加速度會需要一個幾何性的能量消耗。(宇宙中僅僅遵守牛頓第二定律,而非地球上的流體力學)這就是說你需要攜帶超大質量的物質進行星際航行,而且沒有返程票哦。而以現在人類的最高可行能量(核聚變能)來說可以利用的物質是非常少的,而不是所有物質都可以用於核聚變。我們的核聚變現在只是處於一個非常低效的能量源當然現在在高速發展。現在的核聚變利用非常大的電能控制才能產生一些不相等的聚變能,要達到實際應用還非常遠。
就上面分析的這些條件,我們能在銀河系轉悠就算非常牛掰了,等我們把太陽系先征服了再說銀河系銀河系征服了再說吧。星系間飛行現在電影裡搞搞就行了,現在想那些東西是很不切實際的。
八個電子伏特
我覺得你這個問題換個問法更直接:什麼時候人類能利用一個恆星系的能量。星際旅行,需要巨大能量,單純依靠目前的化學能火箭,無論如何不可能。核能領域,目前人類能控制的只有核裂變,另一個能量密度極高,基本無法控制的核聚變,才是方向。未來如果出現更高能量密度的能量存儲與釋放形式,加以利用,假以時日,星際旅行,穩了
月夜樂悠揚89
這是宇宙戰艦外體問題,何時智造出超精密強度,超耐撞擊,超輕,超耐熱寒材料就有希望!這個材料是必須的,是保證保證宇宙戰艦、飛船長期在宇宙中必備條件!有這材料還利於反引系統和磁懸浮系統,沒有這材料這只是一個夢!沒有這材料也就是太空棺材!
96163虛偽的西方
不是已經有了嗎
道德專判
飛船可造,人的抗擊能力不夠!