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科學家計劃建造“激光反物質動力”星際飛船

星之球科技 來源:騰訊科技2012-07-19 我要評論(0 )   

據國外媒體(ti) 報道,伊卡洛斯星際公司是一個(ge) 致力於(yu) 研究科學和技術使得人類在2100年進行真正意義(yi) 上星際航行的非營利性機構,由英國星際協會(hui) 與(yu) Tau Zero基金會(hui) 發起,物理學家...

 

  據國外媒體(ti) 報道,伊卡洛斯星際公司是一個(ge) 致力於(yu) 研究科學和技術使得人類在2100年進行真正意義(yi) 上星際航行的非營利性機構,由英國星際協會(hui) 與(yu) Tau Zero基金會(hui) 發起,物理學家、博士後研究員理查德·奧伯塞(Richard Obousy)是該計劃的聯合創始人。雖然多位研究人員探討關(guan) 於(yu) 人類進行星際航行,但這一使命並不受到很大的關(guan) 注,這是因為(wei) 按目前的宇航科技發展,進行星際旅行和返回任務需要相當長的時間跨度。

  人類星係航行任務涉及宇宙飛船初始助推段、巡航段的技術問題,下一步將是抵達目標天體(ti) 前的減速和圍繞軌道運行階段,期間科學家就進行科學數據的探測和收集。最後,宇宙飛船將啟動第二階段的加力推進段,目標為(wei) 返回太陽係,再次經過加速段的星際巡航後需要進行減速,而今被太陽引力捕獲。伊卡洛斯星際航行計劃是對未來載人恒星際航行的預演,原則上可以將宇航員安全返回地球。

  

  科學家進一步發現反物質可以提供密度最高的能量源,非常適合於(yu) 進行恒星際航行。此外,該反物質反應釋放能量是自發性的,不需要任何複雜的反應堆係統或者笨重的啟動程序進行誘導反應的進行。一種反物質火箭動力係統的可能性技術涉及到施溫格電子偶產(chan) 生的量子效應,目前我們(men) 通過實驗探索到宇宙中所有已知形式的能量,宇宙可被準確描述為(wei) 是一種量子場域。每個(ge) 真空行為(wei) 的模式就像一個(ge) 簡諧波振動發生器,簡諧振動的量子機械屬性是基態波動的展現,作為(wei) 海森堡不確定性原理的一個(ge) 結果。

  

  當反物質不斷積累到足夠的量時,宇宙飛船就有了返航時的燃料供應,以滿足回程時加速段和減速段的動力需求,科學家認為(wei) 這是一種未來用於(yu) 人類恒星際航行探索的可能方法。但其中有一個(ge) 關(guan) 鍵性且獨特的因素,即科學家建議可通過電場創建質子-反質子對,通過額外電場自發形成粒子的機製已經應用於(yu) 當代的粒子物理學領域,包括對黑洞量子蒸發、黑洞附近形成電子-正電子的研究。雖然本項研究還處於(yu) 較早的發展起步階段,但是已經有相關(guan) 論文得到發表,如2011年公布的《星際探索飛船係統:從(cong) 真空到反物質火箭的研究》。

  

  基於(yu) 該理論研製出來的宇宙飛船動力係統在進行恒星際航行的加速段和減速段所消耗的燃料可以大大減少,僅(jin) 飛船自身攜帶的燃料就可以滿足。在抵達目標恒星係統後,宇宙飛船將會(hui) 自動計算出一個(ge) 穩定的公轉軌道,通過巨大的太陽能電池板作用該階段的能量供應,科學家設計的太陽能電池板麵積將達到數百平方英裏。恒星光的能量將被轉換為(wei) 激光能量,並通過施溫格電子偶產(chan) 生量子效應從(cong) 真空中創建反物質。

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  如同經典物理學中我們(men) 所相信的那樣,真空並不缺乏物質和能量,但這也是量子效應活躍的舞台。在狄拉克發現描述電子運動的相對論性量子力學方程之後,一位諾貝爾獎得主、物理學家朱利安施溫格爾(Julian Schwinger)意識到一個(ge) 足夠強的電場可創造出正負電子對。當激光強度大於(yu) 某一臨(lin) 界值時,真空兩(liang) 極分化可誘發電子偶產(chan) 生,然而實現該過程的前提條件是需要強大的電場。目前的實驗室研究進展使得人們(men) 對其增加的希望,發現了激光可以很快幫助我們(men) 實現這個(ge) 非常關(guan) 鍵的電場。

  

 

  最近,美國國家航空航天局開始研製太陽探測器,這是第一個(ge) 可飛入日冕進行探索的探測器,科學家為(wei) 其設計了一條超級加速路線,通過金星引力進行七次加速,使得該探測器的速度可達到令人驚訝的每秒125英裏,是旅行者1號探測器速度的7倍以上,如果按這個(ge) 速度進行星際航行,隻需要6450年就可以抵達另一顆恒星。盡管這是一個(ge) 令人難以置信的成就,但目前宇航推進技術發展進行恒星際航行,在巡航時間上足以消耗一代人的時光。

  如果僅(jin) 按由俄國火箭專(zhuan) 家齊奧爾科夫斯基推導的齊奧爾科夫斯基火箭方程進行研製恒星際宇宙飛船的動力係統,我們(men) 將發現星際航行的挑戰變得更加明顯。通過這個(ge) 方程可以發現可獲得恒星際航行的必要速度,火箭噴射速度被控製在光速之下,以及巨大的質量比和質量流量比。

  

  伊卡洛斯星際航行工程的研究涉及到星際介質的研究,對目標行星係統、行星科學領域的探索,其中包括了另一個(ge) 行星係統中存在的行星以及大型衛星、小行星等,更重要的是天體(ti) 生物學領域的研究將發現可能存在的可居住行星。雖然該計劃令人興(xing) 奮,但是其主要的挑戰依然是如何解決(jue) 在最短的時間內(nei) 進行最大航程的航行。美國國家航空航天局在1977年發射了旅行者1號探測器,目前是飛行最遠的人造物體(ti) 之一,目前的速度超過了每秒10英裏,約為(wei) 每小時3.6萬(wan) 公裏。即使是這樣令人難以置信的速度,也需要花7萬(wan) 年才能抵達距離太陽係最近的恒星。

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