[科普中國(guó)]-星際火箭

詳細(xì)定義

由于星際火箭在星際軌道上飛行的時(shí)間很長(zhǎng) (往往以年計(jì))，而且需要的推力不是很大，因此上面級(jí)火箭要用核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、電火箭等高性能非化學(xué)火箭。星際航行包括太陽(yáng)系內(nèi)的行星際航行及太陽(yáng)系以外的恒星際空間的飛行。用現(xiàn)代火箭技術(shù)所能達(dá)到的速度 (20km/s左右) 可以飛出太陽(yáng)系，但不能實(shí)現(xiàn)恒星際航行。航天器只有達(dá)到接近光速的速度，恒星際航行才有實(shí)際意義。要使航天器接近光速，必須把火箭的噴氣速度提高到接近光速的水平，即采用粒子束芯反質(zhì)子發(fā)動(dòng)機(jī)的末級(jí)火箭，也有人把這種火箭稱為光子火箭。1

受力分析星際火箭在星際空間中運(yùn)動(dòng)，受到的作用力主要有：（1）地球的引力；（2）地球大氣的阻力；（3）月球的引力；（4）太陽(yáng)的引力；（5）目標(biāo)行星的引力；（6）目標(biāo)行星(如果有大氣)大氣的阻力；(7)目標(biāo)行星(如果有衛(wèi)星或者光環(huán))的衛(wèi)星或者光環(huán)的引力；（8）鄰近行星(如果飛經(jīng)幾個(gè)行星)的引力；（9）火箭推力；（10）其它行星引力；（11）小行星帶的引力；（12）空間介質(zhì)阻力和流星的碰撞；（13）太陽(yáng)輻射壓力；（14）電磁力和太陽(yáng)等離子體流的作用力。一般情況下后面六種作用力很小或者作用時(shí)間很短，在討論行星際火箭運(yùn)動(dòng)時(shí)暫且可以忽略。為了方便起見(jiàn)，根據(jù)作用范圍可以把火箭飛向目標(biāo)行星的運(yùn)動(dòng)分為三個(gè)階段：（1）從地球表面發(fā)射到脫離地球作用范圍之前；（2）從離開(kāi)地球作用范圍之后到進(jìn)人目標(biāo)行星作用范圍之前；（3）進(jìn)人目標(biāo)行星的作用范圍之后。1

星際航行星際航行是用于星星或行星系統(tǒng)之間的假人駕駛或無(wú)人駕駛旅行的術(shù)語(yǔ)。星際旅行將比星際太空飛船困難得多;太陽(yáng)系中的行星之間的距離小于30個(gè)天文單位（AU） - 星星之間的距離通常為數(shù)十萬(wàn)個(gè)，通常以光年表示。由于這些距離的巨大，星際旅行將需要高比例的光速;巨大的旅行時(shí)間，持續(xù)從幾十年到幾千年;或兩者的組合。

人類(lèi)生命中的星際旅行所需的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了當(dāng)前航天器推進(jìn)方法可以提供的速度。即使有一個(gè)假設(shè)完全有效的推進(jìn)系統(tǒng)，與當(dāng)今能源生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的這些速度的動(dòng)能也是巨大的。此外，宇宙飛船與宇宙塵埃和氣體的碰撞可能對(duì)乘客和航天器本身產(chǎn)生非常危險(xiǎn)的影響。2

已經(jīng)提出了許多策略來(lái)處理這些問(wèn)題，從將攜帶整個(gè)社會(huì)和生態(tài)系統(tǒng)的巨型空間到微觀空間探測(cè)。已經(jīng)提出了許多不同的航天器推進(jìn)系統(tǒng)來(lái)給飛船提供所需的速度，包括核推進(jìn)，光束驅(qū)動(dòng)推進(jìn)，以及基于投機(jī)物理學(xué)的方法。

對(duì)于試點(diǎn)和未經(jīng)飛越的星際旅行，必須滿足相當(dāng)多的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。 即使是關(guān)于星際旅行的最樂(lè)觀的看法，也就是說(shuō)，從現(xiàn)在開(kāi)始幾十年來(lái)才是可行的 - 更普遍的觀點(diǎn)是，它是一個(gè)世紀(jì)或更遠(yuǎn)的距離。 然而，盡管面臨挑戰(zhàn)，如果能夠?qū)崿F(xiàn)星際旅行，那么可以預(yù)期會(huì)有廣泛的科學(xué)效益。

大多數(shù)星際航行概念需要一個(gè)發(fā)達(dá)的空間物流系統(tǒng)，能夠?qū)?shù)百萬(wàn)公噸移動(dòng)到建筑/運(yùn)營(yíng)地點(diǎn)，而大多數(shù)需要建造或動(dòng)力的千兆比例電力（如星際迷航或輕帆型概念）。 如果基于太陽(yáng)能的太陽(yáng)能發(fā)電成為地球能源組合的重要組成部分，這種系統(tǒng)可能會(huì)有機(jī)會(huì)發(fā)展。 消費(fèi)者對(duì)多塔系統(tǒng)的需求將自動(dòng)創(chuàng)建必要的數(shù)百萬(wàn)噸/年后勤系統(tǒng)。3

應(yīng)用最近，NASA已經(jīng)宣布在TRAPPIST-1系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了7顆地球樣行星，圍繞著距離太陽(yáng)系40余年的超矮矮星。 美國(guó)宇航局的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡揭示了圍繞一顆星星的七顆地球大小行星的第一個(gè)已知系統(tǒng)。 這些行星中有三個(gè)牢牢地位于可居住區(qū)域，母星星星周?chē)牡貐^(qū)最為可能有液態(tài)水。 這一發(fā)現(xiàn)為我們太陽(yáng)系外的一顆恒星周?chē)l(fā)現(xiàn)了最多可居住區(qū)行星的新紀(jì)錄。 所有這七個(gè)行星都可以在正確的大氣條件下，擁有液態(tài)水 - 我們所知道的生命的關(guān)鍵，但可居住區(qū)域的三個(gè)行動(dòng)機(jī)會(huì)最高。4