未來飛船會用無工質型發動機嗎?

三體骨灰粉絲


鑑於現在化學燃料的較低推動比,未來很有可能發展該類型的發動機。

無工質推進飛船有兩種主流類型。

1. 磁約束聚變

也叫做持續性聚變,是將核燃料變成數百萬度的高溫等離子體,使原子核活躍到能相互碰撞。由於等離子是帶電的,所以可以用強磁場來束縛它們,否則高溫離子體會熔化任何束縛它們的容器。

羅爾斯-羅伊斯公司火箭工程師阿蘭-邦德率領13人的研究小組提出了核聚變火箭的構思。這種核聚變火箭內有一個磁場構築的燃燒室,通過向燃燒室的核燃料球發射電子束,產生高溫等離子體,這些等離子體就是推力來源。

發動機工作時,每秒鐘向燃燒室發射250顆核燃料小球。在第一顆核燃料小球射入的時候,分佈於燃燒室內腔的幾十個電子束髮生器射出電子束,轟擊核燃料小球,氘和氦-3等核燃料發生每秒250次的核聚變反應,瞬間產生巨大的能量,推動火箭高速向前飛行。當第一級火箭工作完畢後會自動脫落,第二級火箭接著繼續工作,這兩級火箭可工作近4年的時間,能使火箭達到36000公里/秒的速度。如果只是高速掠過目標恆星,不採取減速措施,該火箭可以在一個人的有生之年——五十年——之內,抵達距地球5.9光年的巴納德星。

對於長期星際飛行來說,由於在旅途中不能與地球進行實時通訊,其本身必須擁有足夠的應變能力才能保證順利走完全程。其中一個最致命的問題是星際塵埃的轟擊。雖然塵埃的密度並不高,顆粒也很小,但是在0.12倍光速下,這一影響不可忽略。 “代達羅斯”的解決方案是在飛船前方設置50噸重、7毫米厚的鈹質防護罩,並可以通過攜帶的大量“塵埃蟲”微型機器人在母船前方200公里處生成高速運行的粒子防護雲,以“自我犧牲”的方式掃除前進道路上的障礙。

磁約束聚變或許是核能發電的最佳方式,但未必適用於用於太空飛行。要約束住高溫等離子體,必須安裝一個磁場發生裝置。這種裝置由永久磁鐵和電磁線圈組成,體積龐大,重量驚人。這意味著火箭發動機必須造得很大。

2. 慣性約束聚變

1970年,美國內華達大學的溫特伯格提出了用高能電子束引發核聚變(即“慣性約束”)的思路。他設計的火箭發動機在每次核聚變時可釋放出約100億焦耳的能量,可實現每秒300公里的高速飛行。

慣性約束聚變也被稱作脈衝性聚變,利用激光或者粒子束來照射核燃料球產生超高溫,生成比磁約束聚變時密度更高的離子體,從而引發聚變反應。由於此時反應時間非常快,小燃料球自身的慣性就可以維持熱度足夠長的時間來進行反應,所以無需強磁場束縛。在太空的真空環境中使用粒子束比在地球上具有明顯的優勢,可以不受大氣分子的干擾。從這一點來說,此方案更為可行。不過,採用慣性約束還需安裝激光器或粒子束髮生器,並且需要給它們提供能量。雖然如此,此方案很可能比磁約束聚變發動機要輕。

穩定功率輸出的可控核聚變雖然還未實現,但其原理是明確的,障礙只存在與技術領域。假以時日,定能取得突破。而且航天器的尺寸、結構與功能也得在現有基礎上有很大提升。目前的聚變反應堆容器非常大而且重,這使得其並不好用於星際旅行,在未來如磁約束或慣性約束和等離子不穩定性等技術問題解決後,小型的聚變反應堆有可能被設計製造出來。


縱橫交錯兮天下之局


如果有,應該是對引力深度利用的機器。


大象在跳舞A


一切皆有可能。


嗨深圳


什麼是“無工質引擎”

“無工質引擎”概念最早由英國研究人員羅傑·肖耶於十幾年前提出。火箭的推進劑又被稱為工質,“無工質引擎”顧名思義就是不使用推進劑、不噴射尾氣就能產生推力的發動機。

肖耶發明的“無工質引擎”原型機被命名為EmDrive,其形狀是一個缺頂圓錐體,好像一個喇叭,據稱讓微波在這個形狀奇特的共振腔裡來回反彈就能產生推力。這聽起來是一個違反經典物理學牛頓第三定律的存在,提出後引發了巨大爭議和源源不斷的討論。

目前人類航天活動的基礎運載工具仍是火箭,通過燃燒推進劑、噴射出高速尾氣來獲得推力。這種技術幫助人類完成了登月等諸多壯舉,但遠遠不能滿足星際旅行的要求。

美國當年登月項目使用的“土星5號”火箭起飛質量近3000噸,能把約140噸載荷運往近地軌道,或者把近50噸載荷送上月球。按這個效率,想要飛出太陽系,要麼攜帶量多到不現實的燃料,要麼像美國“旅行者1號”探測器那樣離開地球后主要靠藉助各個行星的引力作慣性飛行,速度什麼的就顧不上了。

如果“無工質引擎”真的像其研發人員所聲稱的那樣,不使用或僅使用很少的推進劑就能持續產生推力,那麼它就可以解決火箭的運載效率問題,從而實現人類的星際旅行。

“無工質引擎”靠譜嗎

那麼,這項似乎極其重要但又似乎有點玄幻的技術究竟是否靠譜?

根據《國際財經時報》的報道,“無工質引擎”原型機目前的成績是利用幾十瓦的輸入功率可以產生幾十微牛頓的推力。這個數值非常小——地面上1千克物體所受重力是9.8牛頓,而1微牛頓是百萬分之一牛頓。

當然,如果這個實驗結果是真的,大小根本不是問題,將來自然有辦法實現應用。問題在於,雖然原型機的開發者說它不違反牛頓第三定律、也不違反動量和能量守恆等其他物理學定律,但它的工作原理到底是什麼,誰也說不清楚。比較高大上的解釋包括輻射壓力、量子真空等,但也有令人沮喪的解釋,比如實驗設計不合理、測量誤差等。至於“打破牛頓定律的無相互作用推進”就算了——物理定律並非神聖不可侵犯,但是天大的突破就得有天大的證據,現在還差得遠。

那麼,報道中提到的“通過同行評議”不能代表足夠權威嗎?

“通過同行評議”是由獨立科學家羅達爾在論壇上爆出的,在論文正式發表在學術刊物上之前並不算數。再進一步說,不同學術刊物的重要性及權威性相差甚遠,“一個也許值得探討的有趣發現”與“一個將顛覆世界的革命性突破”之間還隔著好多個諾貝爾獎。

如果以EmDrive為關鍵詞(注:EmDrive是一項看似違揹物理定律的無燃料引擎),到《自然》《科學》等歐美最權威學術期刊或《新科學家》《科學美國人》等歐美著名科普雜誌網站上進行搜索可以發現,截至目前《自然》網站壓根兒沒提到過它;《科學》網站只有一條今年9月的簡短網摘,不是正式內容;《新科學家》網站在一篇近期評論中說,“如果什麼事情好得不像是真的,那它大概就不是真的”;《科學美國人》網站只在“一週物理學回顧”的網摘欄目裡提到過幾次,收錄的網文都對EmDrive充滿懷疑,其中一篇乾脆以此為例教讀者辨認“偽科學”,主要罪名是實驗結果不顯著,可信度不高。

總的來說,主流學術雜誌對EmDrive仍是持懷疑態度。

人類對星辰海洋的嚮往無法磨滅,因此不願也不應該總是待在地球這個搖籃裡,但當下的現實就是:星辰海洋依然遙遠,星際旅行的理論基礎和技術還沒有出現。

所以如果EmDrive能夠成為現實,那麼這將會是未來飛船的第一選擇!


謝謝閱讀!祝您生活愉快。


單手漂移


你說的是未來飛船用的是無工質引擎,也就是說是幻想了,大家知道現在地球人用的有工質引擎,是靠能量轉換,推動,符合質量守恆三定律。現在靠譜的無工質引擎是用太陽能轉換?陽光無質量有速度30萬千米/稱!以後如有光帆無質引擎人類將遨遊宇宙太空?也許這可以解釋無工質所謂引擎?回答完畢。


用戶源動力之自由人


肯定會有


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