人类真的能太空旅行了? NASA工程师提出“近光速0燃料”引擎飞出太阳系

科学家们一直想走出太阳系,探索辽阔的宇宙。但这没有想像中那么简单,至少在现阶段,我们还没有速度足够快的推进器。NASA马歇尔太空飞行中心(MSFC)的工程师David Burns提出了一个设想,他认为可以设计一种不需要燃料、速度接近光速的引擎,来实现太空探索的梦想。

▼目前所有的火箭都是基于牛顿的第三运动定律来设计的。有一道力施加在火箭上的话,就会有相等的反作用力。所以火箭才能靠燃料来产生推进力,并向前移动。燃料是一个大问题,根据NASA分析,目前火箭只把有效载荷投入低地轨道,每磅的成本就高达1万美元。

将有效载荷送上月球、送到火星,进一步进行太空旅行,需要耗费多少燃料?这简直无法想像,也是一个大问题。目前跑最远的NASA“航海家1号”(Voyager 1),猜想要花数万年时间才能到达距我们最近的恒星系统“南门二”(Alpha Centauri),航行时间太长了!

▼太空旅行花费巨大,业界内火箭发射成本相对来说比较低的SpaceX公司,猎鹰9号火箭发射的成本也有6,200万美元;猎鹰重型火箭发射成本约9,000万美元,这些钱听起来很多,但连月球都到不了。

想要探索宇宙,首先要降低成本。科学家一直在努力,想要研发出新型的推进器。他们进行过很多尝试,比如雷射脉冲火箭引擎、离子引擎等等,希望把成本降低到每磅仅需数百美元。现在离子推进器的研发已经有了很大的进展,只需要少量的推进剂,火箭就能达到很高的速度。

▼David Burns提出的设想,是研发一种完全无需燃料,还能产生高速推进力的太空引擎。他给这种引擎取名为“螺旋引擎”,原理是在火箭内来回移动品质,就像一颗来回弹动的球。不过以正常品质的球操作的话,球移动到火箭前部时,火箭会向前移动;球来到火箭后部时,火箭又会后移。这样来看,就算球来回弹跳,火箭也只会前后摆动。

David Burns想出的解决方法,是使用螺旋状粒子加速器中的粒子来充当“品质会发生变化的球”。当粒子在加速器中来回移动的时候,只要有足够的时间,就能达到很快的速度。如果火箭前端的粒子加速到接近光速,后端的粒子速度较慢,根据相对论,火箭的前端比较重,向前的推力就比较大。

▼David Burns的这项设计,大概需要长200公尺、直径12公尺的巨无霸引擎才行,而且产生1牛顿的推力就需要165MW功率。而且只有在零磨擦的环境中,才能达到接近光速的速度。

这么神奇的品质变化球,真的存在吗?相对论服从牛顿第三定律,也就是说,这在现实世界中几乎是行不通的。科学家Martin Tajmar表示,这种新型引擎存在一个大问题,那就是所有推进系统都不能在无磨擦环境中运作。

虽然David Burns的设想目前来说不太现实,但这毕竟是一个新思路。也许经过同行评审,会有更多新的想法出现,为太空探索找到新的道路呢~

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