有哪些宇宙航行设想?
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发布时间：2022-05-06 16:32
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时间：2022-07-01 10:42
20世纪50年代末，美国科学家搞了个火星探测的研究性计划，即“猎户星座计划”。为此设计的“奥利安”号无人飞船，设想用间隔的核爆炸所产生的冲击波来推动。后来，科学家们又对“奥利安”号的设计进行了改进，使它成为载人恒星际航行飞船，飞向天狼星或别的恒星。巨大的飞船可装载几百名男女宇航员和他们的后代，以及维持他们的生活和工作的一切物品。飞船的核脉冲推进装置，采用小型氢弹爆炸产生动力。一颗氢弹的爆炸威力，相当于1000吨*炸药，每隔3或10秒钟爆炸一颗。10天之内可使飞船加速到1万千米的速度，由于速度效应，280年可以到达天狼星附近。
英国星际航行协会1973年1月，成立以阿兰·邦德为首的科学家小组，他们在“代达罗斯”研究性计划中，设计了“代达罗斯”号自动飞船，用来飞往离地球6光年的巴纳德星。由两级组成的飞船，均采用核脉冲推进。飞船总长200米，初始质量5．4万吨，其中两级的核燃料分别为4．6万吨和4000吨。
用氢的同位素氖和氦的同位素氦-3作燃料，让它们在-270℃的低温下混合，并制成直径为2至4厘米的小球。动力装置工作时，将一颗燃料小球射入发动机燃烧室。同时，几十个电子束发生器发出高能电子束，一齐轰击核燃料小球，使温度升至上千万度，氖和氦-3发生核聚变反应产生巨大的能量，推动飞船前进。如果每秒钟燃烧250颗小球，即核脉冲率达250次每秒，则推力可近似于连续。
第一级工作205年后与第二级分离。第二级接着工作1．76年，使飞船速度达到3．6万千米每秒。由于速度效应，大约50多年可飞到巴纳德星。在接近巴纳德星的前几年，放出探测器，对巴纳德星、它的行星及其卫星进行探测。从飞船发射时算起，大约60年后可收到“代达罗斯”号飞船的探测信息。
20世纪80年代初，弗里曼·迪森提出用微波帆来推动宇宙飞船。1984年，罗伯特·福瓦特以此设计了“星束”号宇宙飞船，它有一张直径达14米的圆形网帆，它由极细的铝丝织成，重量只有20克。在网帆上有10万亿个铝丝交叉点，每个交叉点就是一个微电子线路，它们既是计算机的元件，又可感光，具有微型针孔照相机的功能。
一座围绕地球运行的太阳能卫星电站，将电能转变为微波。在卫星与“星束”号飞船之间，设一面菲涅耳透镜，将卫星发来的微波，聚焦到飞船的帆上，开启10万亿个微电子线路，调节网帆的导电率，使帆对微波束的反射能量达到最大值，作用在网帆上的微波束的光子压力，使飞船加速。通过科学计算表明，20千兆瓦的微波束，可使飞船获得155克的加速度值，在六七天内达到1／5的光速，即6万千米每秒。由于速度效应，约20年可到达比邻星。如微波束加速的时间延长，则到达的时间还可缩短。
在飞行过程中，飞船上的超大规模集成块会自动使用网帆中的导线，作为微波天线去收集微波束的能量，然后像人眼视网膜上的光感受器一样，自动分析目标星的光谱信息，并以25张每秒的速度拍照，再通过网帆作定向天线，将探测到的信息发回地球。
激光动力飞船由于太阳能卫星电站的电能，既可以变成微波束也可以变成激光束，而且激光束比微波束发散性更小。为此，罗伯特·福瓦特于20世纪80年代末以激光束代替微波束，设计了“星集”号飞船。它由3个同轴环组成，外层为加速级，直径1000千米，中间为交会级，直径320千米，内层为返回级，直径100千米。飞船上的帆用铝膜制成，膜厚16毫微米，直径3．6千米，重约五吨。将激光束聚焦到帆上的菲涅耳透镜，直径1000千米，设在土星和天王星之间绕太阳飞行的轨道上。铝膜薄帆能反射82%的光能，让4．5%的光透过，吸收13．5%。计算表明，65千兆瓦的激光束，可使飞船获得4%的地球重力加速度值，连续加速3年，飞船可达到11%的光速，约40年可到达比邻星。
如果将激光的功率增大到43000×1012瓦，那么则可使飞船以l／3克加速，16年飞行0．4光年的距离，速度达到50%的光速。由于速度效应，20年可到达距我们10．8光年的EE星系。在离EE星0．4光年距离时，外层移位，将激光束反射到交会级上，由于作用方向相反，经1．6年减速，就可以较低速度在某颗行星上着陆，或低速飞行进行考察。全部航行时间23．2年。如果飞船在那里探测5年，然后将返回级分离出来，交会级将反射面朝向太阳系，飞船就会加速返回地球，来回时间为51年。
光子火箭推进20世纪50年代初桑格尔设想的由光子火箭推动的宇宙飞船，分三部分。最前面是供宇航员工作和生活的座舱。中间部分是燃料贮箱。最后面是动力部分，它的主要部件是巨大的凹面反射镜，面积达几十平方米。光子发生器在反射镜的焦点上，推动飞船高速前进。
那么，光子从哪里来呢？物质是由原子构成的，原子是由质子、中子组成的原子核和核外电子构成的，不同物质只是质子、中子和电子的数目不同，如氢原子核为一个质子，核外一个电子；氦核为两个质子、两个中子，核外两个电子等等。质子、中子和电子等粒子，统称为亚原子粒子。三四十年代，科学家发现，每一种亚原子粒子都有与它对应的反粒子存在，如反质子、反中子和反电子等等。正粒子组成正物质，就是我们日常接触的各种物质，反粒子组成反物质。不过，迄今在宇宙中没有找到天然的反物质，只能在高能核物理实验室制造出几种粒子。
科学家们相信在宇宙大爆炸初期，由能量创造物质时，正物质与反物质是成对出现的。与此过程相反，正物质与反物质相遇时，会双双消失（科学上叫湮灭）放出光子，同时放出锁闭在物质中的能量。桑格尔的光子火箭，设想用质子和反质子即氢与反氢湮灭来产生光子。
