也许这个话题得开大了脑洞来讨论,要不然现在这个30千米/秒的速度都还没达到的时代来讨论30万千米/秒的速度,简直比乞丐打算过上帝王般的待遇还要难,因为乞丐还有一条2块钱通向成功的道路,但达到光速,除了科技进步之外,就只能是科技进步了!
一、人类达到的极速有多快?
说起极速各位想到的第一个速度就是旅行者一号达到的17千米/小时,这曾经让大家津津乐道了很久,按各位不知道的是它是如何达到这个速度的?达到这个速度又有多难!
1、旅行者的速度
蓝色线路就是旅行者一号的路径,它得到土星的引力弹弓加速后就直接脱离太阳系黄道面,朝着蛇夫座方向,一去再也不复返了!因为它从土星轨道上脱离的时候已经超过了太阳在此处的逃逸速度,因此它再也不会被太阳的引力所拉回!
旅行者一号的最高速度为16.974千米/秒,看上去很高是吗?那是有了木星和土星的引力弹弓加速所致,人类的火箭技术还是有所欠缺!
2、新视野号的速度
相对于1977年发射的旅行者,2006年1月19日发射的新视野号时推进技术明显要好很多!将新视野号送上近地轨道的是国宇宙神-V551型(Altas-V551)火箭和半人马座火箭,最终由STAR 48B固体燃料火箭冲脱离地球轨道!它跨越地月轨道距离仅用9个小时,13个月到达木星轨道,14年左右的时间到达冥王星,相比旅行者二号的22年,整整提早了8年(旅行者一号没有访问冥王星)!
新视野号的极速是: 掠过木星轨道时速度达到了21.219千米/秒
3、帕克的速度
其实帕克速度是最高的,但帕克前往太阳系内部,尽管这比前往太阳系外可能要更难一些,因为有角动量守恒,帕克的速度会达到极高,因此需要不断减速才能进入环太阳数百万千米的椭圆轨道,它用的是引力弹弓减速!
帕克的减速过程,帕克的近日点时飞行速度高达72万千米/小时,约合200千米/秒!当然这是作弊的速度,所以我们仅仅了解一下!
3、人类真正用动力达到的最快速度,是一个井盖!
1957年8月,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室进行了一次核武器测试,由于计算失误,原本只打算1KG当量的实验最后爆炸时的当量超过300吨TNT,这直接让150深度的井顶端厚达10CM,重大数百千克的井盖直冲云霄,而在周围的监控摄像机只记录下了1帧图像,甚至不足以计算它的速度(至少要两帧,计算间隔时间与距离,最终计算出速度),但据估计这个井盖的速度超过了70千米/秒!它的加速度高达 10^8 - 10^10 m/s^2!
这个速度似乎仍然令各位失望,因为它并没有超过派克近日点的极速,不过并不需要在意,因为帕克的速度引力势能,并非真正的加速所达到,因此我们仍然认为井盖是有史以来速度最快的人造物体!
二、人类还有有哪些压箱底的推进技术?
化学推进最后的绝唱也许就是新视野号了,那几乎是不惜代价换来前所未有的速度到达冥王星,未来的行星际推进发动机不可能再用化学火箭,那么我们有哪几种推进器可选呢?
1、光帆推进?
光帆2在2019年 6月25日从肯尼迪航天中心搭乘SpaceX的“猎鹰重型”火箭发射升空,7月23日,“光帆2”号成功部署了其搭载的太阳帆!在阳光动力下,4天时间里,光帆2号的轨道高度提升了约2千米,当然论证阳光动力早已被证实,但距离实用仍然有比较远的距离,另一个问题是其面积实在太大,因为每平方米仅仅只能产生9×10^-6牛顿!因此需要一个平方千米级别的帆才能获得满意的加速度,如果是载人飞船的话,这个面积还需加大1个数量级!
2、离子电推进?
这个原理其实挺简单,将介质高温成为等离子体后,通过电场将离子加速向后喷出的反推,作为发动机的推进动力,而多余的电子则通过电子枪注入后方的离子羽流中和,避免飞船的电荷积累!
上图是离子发动机的结构原理
上图是离子发动机测试,其蓝色的羽流有一种不真实的感觉,这种发动机至少要在未来百年时间内撑起太阳系内的行星际间旅行,它的加速可以在数月内往返火星,甚至更快,当然这需要我们提升离子发动机效率,研制出牛级甚至数十牛数百牛的离子发动机!
3、暴力的核裂变推进?
曾经这是猎户座飞船(非NASA的猎户座飞船)的创意,但这丧心病狂的计划是不可能的地面实施的,因为它的想法是在飞船后面丢核弹,爆炸的冲击波推进飞船,当然伪纪录片《撤离地球》也是这个创意,但这不可行,这核弹一路丢,污染实在有点大!
在太空中似乎也能接受,毕竟本来辐射就很强,也不差这么点,但这核弹需要从地表送到太空,想想就不寒而栗!
这个规模的飞船用核裂变推进也是醉了,但拯救文明,只有一次机会,选择最保险的技术似乎情有可原!
似乎还有用聚变的代达罗斯计划,不过到现在为止核聚变还在天上飞呢,咱就不多废话了!
三、哪些技术才能达到或者超过光速?
从相对论的角度来看是没有,很简单是因为质增效应会导致我们找不到如此无限推力的发动机,因此再推力再大的发动机它也有一个极速,一个难以逾越的光速屏障!
因此必须有一种能跨越质增效应的引擎出现,当然本例中能找到的引擎依然是各位所熟悉的曲速引擎,这种传说中存在的引擎可以改变空间的曲率,以空间压缩和拉伸的弹性推动飞船,因为只有空间膨胀达到的速度才不受光速限制!比如宇宙膨胀导致144.2亿光年外的天体正以超过光的速度离开我们,或者我们正以光的速度离开它们一样,不受各种相对论的光速效应约束!
但它需要传说中的负能量,能使空间膨胀的能量,迄今为止,似乎暗能量可以,但自提出这个概念以来,我们就没有见过暗能量长什么样,仅仅存在于宇宙膨胀的概念中!
虫洞的概念从理论上也是可以成立,但却不是黑洞与白洞的连接,各位可以忽略,但这仍然需要和空间打交道,而到现在为止,我们对空间的了解远远不够,甚至造成空间膨胀都还云里雾里!而科幻片《星际穿越》中甚至都懒得交代那个虫洞是如何建立的,因为就是外星人赠送给地球人的礼物!这个理由你信服不?
四、有捷径吗?
虫洞就是捷径,但我们无法制造虫洞,也找不到虫洞,因此只能在黎明前的黑暗中摸索,但我们从一种非常规的引擎中发现了一个新天地,当然这并不表示这种引擎真的成立,而是一种思路,一个能从现代科学体系中跳跃出来的思维!
2004年英国人罗杰.苏牙发明了一种不需要工质的电磁发动机,其原理是利用一个谐振腔在来回反射的微波中引出获取动力!
它的出现似乎打破了牛顿的作用与反作用力定律,但它还是属于常规的能量守恒发动机,因为它需要输入强大的微波能量!
Q很关键,是谐振腔品质因数Q,超导可以使他的值提升几个数量级,这将是一个非常诱人的数值,尽管它当前的推力可以忽略不计!
这是一种打破常规的引擎,从出现开始到现在,已经有多家研究机构投入大量的人力物力来验证,包括中国西工大的杨娟教授,还有2016年时NASA也都进行了验证,传闻都真真假假,我们并不清楚这种技术是否属实,未来是否有应用前景!
但从另一个角度来审视整个过程,我们发现可能在某些技术上应用技术可能会先出现,理论可能随后才能跟上,在人类科技发展过程中并非不存在类似的状况,那么我们有一个小小的愿望,希望这种能跨越光速的曲速引擎早日实现,毕竟科克船长正打算2063年和瓦肯星史波克大使相会呢,如果不实现曲速引擎,我们拿什么发动机来跨越和瓦肯星之间相隔16光年的距离?