未来航天动力技术

第四节　未来航天动力技术

随着太空技术的飞速发展，人类所发现的宇宙空间越来越大，但是一些关键的太空飞行难题仍在制约着人类飞往更远太空的梦想。为了飞得更远，科学家们正在研究许多新技术和新理论，用于未来的太空旅行计划。以下就是科学家认为未来可能会实现的10种航天动力技术。

一、离子推进器

传统的火箭是通过尾部喷出高速的气体实现向前推进的。离子推进器也是采用同样的喷气式原理，但是它并不是采用燃料燃烧而排出炽热的气体，它所喷出的是一束带电粒子或是离子。它所提供的推动力或许相对较弱，但关键是这种离子推进器所需要的燃料要比普通火箭少得多。只要离子推进器能够长期保持性能稳定，它最终将能够把宇宙飞船加速到更高的速度。

离子推进器想象图

相关技术目前已经得到一些应用，比如日本的“隼鸟”宇宙探测器和欧洲的“智能1号”宇宙飞船等都采用了离子推进器技术。

未来最有希望成为更远外太空旅行飞船推进器的可能是VASIMR等离子体火箭。这种火箭与一般的离子推进器稍有不同。普通的离子推进器是利用强大的电磁场来加速离子，而VASIMR等离子体火箭则是利用射频发生器将离子加热到100万摄氏度。在强大的磁场中，离子以固定的频率旋转，将射频发生器调谐到这个频率，将给离子注入巨大的能量，并不断增加其推进力。试验初步证明，如果一切顺利，VASIMR等离子体火箭将能够推动载人飞船在39天内到达火星。

二、核子脉冲推进器

在未来的航天动力技术中，在普通人看来，最危险、最不计后果的一项应该是核子脉冲推进技术。核子脉冲推进技术的基本思想就是，在推进火箭的尾部定期扔出一个核弹，用作推动力的来源。推进火箭被设计成一个巨大的减震器，而且还有厚重的辐射屏蔽层用于保护乘客的安全。这项技术将被用于未来的快速星际旅行。

这项技术实施起来可能会对大气层造成严重的辐射污染。但仍然有人一直在研究这项技术。理论上讲，采用这项技术的飞船速度可以达到光速的10%。以这样的速度到达最近的恒星可能需要40年。

核子脉冲推进器想象图

三、核聚变动力火箭

依靠核动力的太空飞行技术并不是只有核子脉冲推进器，还有其他的核能利用方式。比如，在火箭上安装一个核裂变反应堆，利用核裂变反应堆提供热量喷射气体，从而产生推动力。不过，这种核裂变动力火箭与核聚变动力火箭相比，仍有很大的差距。

核聚变动力火箭想象图

在核聚变反应中，核子被迫进行聚合从而产生巨大的能量。核聚变动力火箭必须采用惯性约束核聚变的方法。当核聚变反应发生后，磁场引导炽热离子喷向火箭尾部，实现核聚变动力火箭的推进力。

四、布萨德喷气式发动机

所有推进火箭，包括上述的核聚变动力火箭，都存在一个相同的关键难题。为了实现更快、更远的目标，火箭上必须携带更多的燃料，而更多的燃料必然会增加火箭的质量，进而会减小推进力。如果想实现星际旅行，就必须避免这种情况。于是，1960年，物理学家布萨德提出了一种喷气式发动机，这种布萨德喷气式发动机或许可以解决这一难题。

布萨德喷气式发动机的原理和核聚变动力火箭一样，但是它并不需要携带足够的核燃料。其工作原理是：首先将周围太空中的氢物质进行电离后，然后利用强大的磁场吸收这些氢离子作为燃料。虽然布萨德喷气式发动机方案没有核聚变动力火箭中的反应堆问题，但是它所面临的问题是磁场大小的问题。由于星际空间中氢物质很少，因此它的磁场必须要足够大才可行，甚至要延伸到数千千米之外。除非是发射前进行精密的计算，设计出飞船飞行的精确轨道，这样就不再需要巨大的磁场。不过这种想法又出现一个弊端，那就是飞船必须按既定轨道飞行，不得偏离，而且从其他星球返航也将变得更加困难。

布萨德喷气式发动机想象图

五、太阳帆推进技术

这是另一项不需要携带足够燃料的技术，因而理论上讲也可达到极高的速度。与传统的利用风力进行航行的帆船相比，太阳帆是从太阳光线中吸取能量。目前，太阳帆推进技术已在地球的真空实验室内取得试验成功。然而，在太空轨道上实施的相关试验还未取得成功。2005年，世界上最大的业余太空科学组织——美国行星协会研制了一艘名为“宇宙1号”的宇宙飞船，其太空飞行因太阳帆运载火箭出现故障而失败。

太阳帆推进技术想象图

尽管在技术的萌芽阶段就出现了许多问题，但是利用太阳能的太阳帆推进技术仍然是一个非常有希望的未来航天动力技术。至少它可以保证在太阳系内飞行，太阳的光线可以为它提供最强大的推进力。

六、磁场帆推进技术

与太阳帆不同的是，磁场帆是由太阳风提供推动力，而不是由光线提供推动力。太阳风是一种拥有自己磁场的带电粒子流。科学家提出，在宇宙飞船周围制造一个与太阳风磁场相排斥的磁场，这样就可利用磁场的排斥力推动宇宙飞船飞行。

磁场帆产生的磁力使得太空船能够改变轨道，甚至驶离行星际空间。然而，以太阳帆和磁场帆推进的飞船都不适合恒星际旅行。当它们远离太阳时，光线和太阳风的强度都急剧下降。因此，在太阳系外，它们没有足够的动力驶往其他恒星。

磁场帆推进技术想象图

七、激光动力推进器

既然太阳不足以推动恒星际宇宙飞船，于是有科学家提出了激光动力推进器技术，利用一束强大的激光将飞船推向太空，其中一项技术就是“激光烧蚀”技术。所谓的“激光烧蚀”就是利用强大的激光来烧蚀飞船尾部的特殊金属，金属逐渐蒸发形成蒸汽从而提供推进力。

激光动力推进技术也存在许多重大挑战。首先，激光束必须要精确聚焦于飞船之下，即使距离再远，激光束都不能有丝毫误差。否则，飞船会因为得不到足够的能量而坠毁。其次，激光束生成设施的功率必须要足够大。在某种情况下，它所需要的能量可能会比人类目前所有的能量输出还要大得多。

激光动力推进器想象图

八、时空扭曲技术

1994年，英国物理学家提出了时空扭曲技术的设想。在这种设想中，飞船推进力主要由一种至今未被发现的物质提供。这种物质具有负质量和负压力。它可以扭曲时空，从而使飞船快速接近前方的空间，而后方的空间在不断扩张。飞船就好像处于一个不断膨胀的泡泡中，可以飞得比光速快。然而，这一设想存在许多问题。首先，为了维持这种时空扭曲，需要极其巨大的能量。其次，这种驱动器可能会释放出大量的辐射物，严重威胁飞船乘客的生命安全。此外，从物理学上讲，很难实现这种“扭曲的泡泡”。

时空扭曲技术想象图

九、虫洞利用技术

既然有人可以想到时空扭曲，于是就有其他科学家想到了时空隧道。他们认为，或许利用“虫洞”可以实现这一想法。虫洞的概念是由美国物理学家惠勒提出的，意思是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。关键的问题是，虫洞确实存在吗？如果存在，我们是否能够穿越它们？然而，这些问题至今没有答案。

虫洞利用技术想象图

十、多维空间技术

我们能够看到的宇宙空间通常是三维的。不过德国物理学家提出，如果宇宙中存在更多空间维数，飞船就可以穿行其中，实现极快的速度。这种极速飞船可以在几分钟内到达月球，飞抵火星也只要数小时。然而，这种思想还没有得到过科学家的普遍认同。