近年來,太空探索的不斷深入,人類對于探索宇宙的興趣和渴望也日益增長。但是,要想實現人類的星際探索夢想,我們首先要考慮的就是如何從太陽系中飛出去。雖然這看上去很難,但飛出太陽系的希望還是存在的,因為有三種強大的太空推進系統,在技術成熟的情況下,都能幫助人類抵達其他的恒星。
簡單來講,太空推進系統的工作原理就是:推進系統向后噴出物質,并因為動量守恒而獲得前進的推力。我們知道,動量表示為物體的質量和速度的乘積,因此在質量相同的情況下,推進系統噴出的物質速度越快,其獲得的推力就越強勁。
人類現在常用的化學火箭推進系統,有一個很大的問題,那就是它噴出物質的速度太低,即使是理論上的極限值,也不會超過每秒10公里,在這種情況下,它就不得不攜帶大量的燃料,然而燃料本身也是有質量的,這無疑又進一步降低了它的推進效率。
所以如果我們想要飛得更遠,就需要將物質以更快的速度噴出去。在可以預見的未來里,有三種推進系統都可以滿足這個條件,下面我們就來簡單了解一下。
離子推進系統
它利用電場將帶電粒子加速到很高的速度,并將其噴出去。實際上,人類目前已初步開始使用離子推進系統,即使以現有的技術,其噴出物質的速度都可以高達每秒200公里以上,這種速度顯然比化學火箭快得多。但現有的離子推進系統有一個缺點,那就是它噴出物質的質量不夠大,因此其產生的推力很小,這就意味著,現有的離子推進系統不能給飛船提供足夠大的加速度,所以它想要達到特定的速度,會需要很長的時間。不過這種缺點并不是不可以彌補,這就要說第二種太空推進系統了。
核動力推進系統
顧名思義,它以核能作為動力的推進系統。這種推進系統采用核反應堆產生能量,通過加熱工質來推動發動機,從而產生推力。這種推進系統具有非常高的推力和效率,能夠大大縮短宇宙航行的時間,但是由于核反應堆的安全性和穩定性等問題,使用核動力推進系統的飛船需要經過嚴格的安全檢測和保障措施,以確保乘員和地球的安全。此外,核動力推進系統也存在較高的成本和技術難度,目前還沒有大規模應用于宇宙航行中。
光子推進系統
前面提到的兩種推進系統噴出物質的速度再快也不可能達到光速,而光字本身的速度就是光速,雖然光子沒有靜質量,但它卻有動量,這就意味著我們可以利用光子來產生推動力?梢韵胂蟮氖,如果我們在飛船上裝一個光源,當它向后方發射光子時,就可以推動飛船前進,只要光源足夠強大,并且能夠持續的運行,飛船就可以不斷的加速,甚至無限接近光速,但遺憾的是在可以預見的未來里,我們根本無法制造出如此強大的光源。