对于各类科幻电影中的星际飞船,人类什么时候能造出来?
我们的征途,是星辰大海!
软件自不必多说,人类的社会结构、贸易方式,政治、经济、文化各方面,做好星际文明时代的准备了吗?现在说这个还为之过早,但等星际时代到来的时候,彼时的人类必然有解决之道。
现在来说说硬件,无非就是星际飞船。
首先,能源问题,想要进行星际旅行,化石燃料肯定是不靠谱的,不然出去了恐怕也没有机会回来。至于核聚变,商用堆都还有很长的路要走,跟别说要弄上宇宙飞船还得小型化。能源问题没解决,说星际航行,那是没有意义的。
其次,通讯问题。地球到火星的最近距离是5000万公里,最远距离是4亿公里,通讯延时大约从几分钟到十几分钟,那飞出太阳系之后,与地球的通讯问题可想而知了。不能说把飞船建好,扔出去就算完了,不管了吧。所以,不解决通讯问题的星际旅行,就是耍流氓。
第三,航行速率问题。奥尔特云算是太阳系的边界,脱离奥尔特云才算是真正离开了太阳系,可以奔向里太阳最近的恒星——比邻星。其最大边缘距离太阳有多远呢?1光年!光速航行都需要1年的时间!当让科幻片中的各种曲率航行、亚空间飞行、穿梭虫洞等各种跨越距离的方式,现在还不知道需要多少次科技爆炸才能得以验证或者实现。
除此之外,还有封闭式生态系统问题、人体冷冻技术等等都是需要科技发展而不断突破实现。否则搭个样子货是没有丝毫意义存在的。
总而言之,想要建造出真正用于星际航行的飞船,肯定是超过了有生之年系列的。当然,若只是打算在太阳系内祸祸其他星球,比如火星,或许能在本世纪实现。
从科学原理上来说,制造一艘用于星际航行的飞船并不存在什么障碍。它从本质上来说,与人类制造的探月飞船没有多大的区别。但是,真正实施起来却是困难重重的。探月飞船与星际飞船比起来就像小渔船和***的区别。
图:阿波罗***的登月舱
目前的动力系统主要是化学火箭。它利用燃料燃烧后的高温、高压将物质喷射出去产生的推动力工作的。由于化学反应的能量转换效率太低,所以,化学火箭需要携带大量的燃料。这样,使得星际飞船能够携带的有效载荷大大降低,也使得星际飞船的制造无法实现。
图:
德尔塔-4运载火箭,几百吨的大家伙,有效载荷只有几十吨,当然,在宇宙中要好很多
化学火箭最多可以支撑人类在太阳系内的宇航。要想进行星际旅行必须要有更有效率的动力装置。这个装置就是真在研发中的核聚变反应堆技术。核聚变反应堆可以将燃料质量的0.7%转换成能量,然后利用离子推进器推动星际飞船前进。
图:
安装在深空一号上的NASA的2.3 kW NSTAR离子推力器正在喷气推进实验室里试验
这是最近几十年能够实现的发动机技术。更加高大上的是“反物质”火箭,它能够100%的将燃料质量转换成能量。从原理上讲非常简单,但反物质的大规模制造是最近200年不能解决的问题。现在的技术制造的“反氢”数量只能用“个”来计量,利用“磁力陷阱”保存它的时间也只能达到区区十多分钟。
宇宙实在是太过宽广,距离太阳系最近的比邻星都远在4.2光年以外。即使能够进行0.3倍光速的飞行,加上加速和减速时间(人类能够承受的过载有限)都需要数百年才能到达。显然,人类没有这么长的寿命去完成这个旅行的。也不可能携带如此之多的食物和氧气去维持人类生存的。
这就需要一个可以循环利用物质的系统~小型生态圈技术。人类可以一代接一代的在其中生存,直到到达目的地。
人工生态圈可以在人工照明的条件下,为宇航员提供食物和氧气。这个技术已经有了,但还没有在太空中进行实验。
答:人类目前处在太空时代的探索期,星际航行需要众多先进技术得到突破,快者几百年内能实现,慢则需要数千年。
人类从发明蒸汽机开始,到汽车出现用了100多年,再到飞机出现花了100多年,人类进入太空又花了50多年的时间,下一步就是登陆外星球建立永久基地,然后实现星际航行飞出太阳系。
以人类目前的技术水平,建造一艘大型太空飞船是完全没问题的,只是成本太高;而且目前的太空推进器,都是使用化学燃料,难以实现远距离的太空航行。
要想实现星际航行,人类首先要解决两大难题,一是高效的推进器,二是能源供给。
星际飞船从字面上理解就是能从一个恒星系飞到另一个恒星系的飞船,而距离太阳系最新的恒星系4.22光年之外的比邻星,对于人类来说在有生之年到达比邻星并安全返回的飞船才是真正的星际飞船。
1***7年发射的旅行者一号42年飞了20光时,已经飞出太阳系日球层的它还在以17km/s的速度向着太阳系边缘飞去,考虑到太阳系半径一光年,旅行者一号至少还需要1.7万年才能飞出包裹太阳系的奥尔特云。
很显然17km/s的速度远远达不到星际航行的需求,170km/s的速度显然也不可能。如果未来人均寿命可以达到100岁的话,用十分之一光速前往比邻星再返回就只需要80年左右,这几乎就是我们能接受的最低级的星际飞船了。
我们现在的航天速度一直徘徊在光速的万分之一到千分之一,这是由于化学动力火箭的性质决定的,因此要想制造星际飞船就必须换一个更强大的动力源,比如可控核聚变。
虽然我们已经利用核能发电半个多世纪了,但用来发电的只是可控核裂变而不是可控核聚变,要知道后者的能量释放是前者的数倍而且没有任何污染和辐射,因此世界各国都在钻研可控核聚变技术。
如果50年后可控核聚变反应堆投入商用开始并网发电,那么意味着可控核聚变反应堆在此之前就装上了大型军事作战平台,很可能就是宇宙战舰或者巨型太空城,届时依靠可控核聚变的巨大能量人类的宇航速度也能突破到光速的十分之一甚至更多。