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霍金造激光“飞船”难度究竟有多大?

2016-04-21 09:13
老猫
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  英国著名物理学家史蒂芬.霍金在中国拥有数量庞大的拥趸。4月12日,霍金老爷子官方认证微博刚开通,中国网友就疯了,粉丝迅速达到200万以上。试问谁有这样的气场?不仅如此,霍金老爷子还借助微博做了一个大大的推广。

  4月13日,霍金在第二条微博上就带来一个让人兴奋的消息——启动“突破摄星”(Breakthrough Starshot)计划,将发送微型飞行探测器至4光年外半人的马座阿尔法星。计划发起人之一的俄裔亿万富翁尤里.米尔纳为项目投资1亿美元。

  这是怎样一个计划?又将会如何实现呢?

  速度是目前最快飞船的1000倍

  “突破摄星”计划是这样的:在一代人的时间内,“突破摄星”旨在研发出一台“纳米飞行器”:—台质量为克级的自动化太空探测器,并且通过激光光束把它推动到五分之一的光速,即每小时1亿英里的速度,这是目前最快飞船的1000倍。如果成功的话,这个飞掠任务将会在发射后20年左右到达距地球4.37光年的半人马座阿尔法星附近宜居带,用其携带的摄像头、通讯设备和处理器等捕捉行星和其他科学数据的影像,并用4年的时间传回地球。

  为何要去半人马座阿尔法星?因为半人马座阿尔法星除了是离地球最近的星座,天文学家相信,一颗类似地球的行星可能存在于半人马座阿尔法星的宜居带,这是最接近地球的星系。也就是说,可以到那里去考察一下有没有外星人或者适宜人类居住的环境。

  如果使用传统太空飞船技术,抵达半人马座需要3万年。那个时候人类还在不在地球上存在还两说?因此,以前无数的太空探索迷们看到这个事实时心里拔凉拔凉的。现在有了“突破摄星”的这个计划,时间一下子缩短了这么多,是不是很令人振奋?

  这个计划在科学上完全不靠谱?

  在看到霍金他们的这个计划以后,一部分人说这次霍金又在说疯话了。其实,霍金说的并不是疯话。至少从理论上而言,这个计划是具有可行性的。

  首先“纳米飞行器”离我们越来越近了。这些年来纳米科技进展迅速,纳米级的机器器件及其能源供应方式都已经成为国际上的热门研究领域,并取得了一些实质性的突破,不久以后纳米级的机器将会出现在我们面前,这自然也包括“纳米飞行器”了。

  另外,霍金的这个构想的确是也站在现有物理学发展及人类宇宙探索的进展上提出的构想。空间技术专家、《国际太空》杂志副主编庞之浩说,与霍金提出的以地面激光持续作用于帆板的航天设想比较,两种现有方案有着很大相似之处:一是太阳帆飞船,二是光子火箭。只是这两种方面目前也还无法实现星际航行。

  太阳帆的概念很早就出现,其诞生于20世纪20年代,由于光是由没有静态质量但有动量的光子构成的,当光子撞击到光滑的平面上时,可以像从墙上反弹回来的乒乓球一样改变运动方向,并给撞击物体以相应的作用力,这就是太阳帆研制的原理。太阳帆需要一个巨大的反射镜将阳光照射到面积足够大的帆板上,如果太阳帆的直径增至300米,其面积则为70686平方米,由光压获得的推力为0.034吨。根据理论计算,这一推力可使重约0.5吨的航天器在二百多天内飞抵火星。若太阳帆的直径增至2000米,它获得的1.5吨的推力就能把重约5吨的航天器送到太阳系以外。

  由于来自太阳的光线提供了无穷尽的能源,携有大型太阳帆的航天器最终可以以每小时24万公里的速度前进。这个速度要比当今以火箭推进的最快航天器快4—6倍。即比第二宇宙速度快6倍,比第三宇宙速度快4倍。太阳帆接受光压的作用,它不仅可在需要时改变航天器的运行轨道,而且能不断加速飞行。

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