關於太空,未來有這幾項技術很迷人


筆記 | 關於太空,未來有這幾項技術很迷人


1 通往太空的廉價方式 要越過最終的邊界太過昂貴了

你想獲得一次燃燒反應時,你需要三樣物質:燃料、氧化劑和能量,比方說,當你要燃起一堆營火時,燃料是木頭,氧化劑是——你猜到了——氧氣,而能量是一根被點燃了的火柴。

當今絕大多數的飛機所使用的是渦輪風扇引擎。它們有點複雜,但基本原理是很簡單的。風扇會將空氣吸入一個燃燒室中,然後將之壓縮,所以一個很小的空間內會有很多的氧氣(你的氧化劑!)。接下來,燃料會被注入並被引燃。其結果便是當渦輪風扇引擎吸入更多的空氣時,它會把熱的壓縮空氣向後方排出,如此一來,引擎後方的氣壓便會高於引擎前方的氣壓,因此飛機會向前移動。

如果一樣東西是位於地球同步軌道上,這就意味著當你坐在赤道上,並通過一架望遠鏡向天上看的時候,這樣東西會一直處在一個相同的位置上。它圍繞地球公轉的速度和地球自轉的速度是一樣的。此外,它會保持在一個特定的速率,以及一個同地球固定的距離上,這意味著它無須一個推動力便能一直自然地圍繞地球旋轉。

我們將略過軌道力學,但其造成的基本結果是這根纜繩會繃得很緊,但不至於繃斷。此外,由於這個平衡物相對於地球來說是靜止的,所以它不會把這根纜繩在赤道上纏得像一個巨大的線軸。

如果一個(或少數)國家首先擁有了通往太空的廉價方式,這很可能便會在地球上引起爭端。換言之,如果人類獲得了進入太空的廉價方式,這就意味著,當單個國家獲得了有史以來最為強大的武器系統時,一場政治紛爭可能會如疾風驟雨般呼嘯而至。

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2 小行星開採 在銀河系的垃圾場中東翻西找

地球的溫度曾相當的高,這就是為何你無法擁有一棟黃金屋的原因所在。

想象一下太空中有一個又大又熱並處於融化態的球狀物(例如原始地球),重力會趨向於將較重的元素(例如金和鉑)移往核心,而較輕的元素(例如碳、硅和各種各樣的氣體)移向表層,可這個過程並不是完美的,這在一定程度上解釋了為何你能在這個球狀物的表層附近找到重金屬層和金屬礦層,但一般來說,非常奇異的物質是難以獲取的。此外,我們挖出來的金屬越多,要發現更多的金屬就會變得越難。

這是小行星開採開始顯得有趣的地方。小行星本質上是構成一顆行星的碎片,但它們並非一定會合併為龐大的太空球體,這意味著它們要麼從未經歷過所有奇異的金屬沉向核心的加熱過程,要麼確實經歷了這個過程,不過之後被炸得四分五裂了。

空曠的太空具有的(少數)便利處之一是你一旦離開行星和恆星這樣的天體,就能以低廉的費用去往幾乎任何地方了。想一想,從洛杉磯飛到日本很貴的主要原因有兩個:其一,飛機必須得在與重力的抗衡下攀升30000英尺,然後全程同重力進行抗衡。其二,途中有大量的空氣會減慢你的速度。一旦你到達太空,這兩個問題就消失了。

因此,如果你打算把東西運回地球,那建造一座太空基地的理想地點便是某個存在著大量能源和微弱引力的地方,比方說,作為火衛之一的福波斯。福波斯非常的小,它的逃逸速度僅為每小時25英里,這意味著你可以在福波斯上搭建一條坡道,而你騎著摩托車便能從這條坡道上飛向太空。

月球的逃逸速度大概比福波斯的要大上200倍,因此把一個包裹從福波斯送到地球將耗費的能量要比從月球送到地球少得多。

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3 核聚變能 它驅動著太陽,這真不錯,但它能讓我的烤麵包機運轉嗎?

氫是元素週期表上最輕的元素,而且它的原子核只是一個名為質子的帶電粒子,但同所有的元素一樣,氫的形式有很多種,這些不同的形式名為同位素,那不同的同位素之間又有什麼區別呢?區別在於它們原子核中不帶電粒子的數量,這些不帶電粒子名為中子。

當氫同位素融合時,它們會變成一種不同的元素——氦,這或許顯得很古怪,但不比把兩片面包放一塊就叫三明治更古怪。氫是帶有一個質子的元素,而氦是帶有兩個質子的元素。

就我們的目的而言,有趣的地方在於當這些同位素從氫向氦嬗變時,它們會釋放出大量的能量。

原因在於維持作為氦的原子組態比氫的原子組態所需的能量要少。當核聚變發生時,這股能量必須流向某處,而當這股能量流向某處時,我們便能對其進行採集。

能量“必須流向某處”的概念乍看之下似乎顯得有些奇怪,但真沒有什麼好奇怪的。要明白原因,那就讓我們來談一談弩。本質上,一把弩弦鬆弛的弩和一把弩弦緊繃的弩是一樣的,但由於它們的物理佈局是不同的,鬆弛的弩弦幾乎是沒有用處的,而緊繃的弩弦——當你在文藝復興節上喝得酩酊大醉時——可以殺死一個你認為是黑騎士的人。

通過改變某物的結構來獲取能量也就沒那麼古怪了。你在日常生活中始終都在遇到這樣的情況。一塊被高高舉起的岩石能砸碎一個人的腳,可地上的一塊岩石不能。一隻被拉長的彈簧在你鬆手的時候會自然地改變形狀,可一隻松著的彈簧不會。兩塊北極被強制觸碰在一起的磁鐵在被鬆開的時候會彈開,可兩塊以相反磁極相觸碰的磁鐵只會一動不動。

換言之,參照日常經驗來說,通過合併兩個原子來取得能量不是全然陌生的。事實上,配置一套系統所有部件的方式決定了這套系統的未來。此外,這套系統還可以根據人們的需求進行配置。

理論上,這是一個美妙的主意:廉價的大規模爆炸可以被用作各式各樣的用途——創造港口,開鑿一條新的巴拿馬運河,以及生成新的元素。


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