核反应堆早已小型化,为什么不造宇宙飞船,实现星际旅行
这个问题是幼稚的,也是伟大的,幼稚在于弄不懂宇宙动力学,伟大在于思想远行。
人类目前制造的航天器根本不敢离开各个天体的引力,一旦离开各个天体的引力,那么就会永远飘荡在天空之中,等待陨灭。
人类当前制造的飞行器,在宇宙中运行的方式很特别,是靠搭载各个不同天体,借助天体自身的运动轨迹来实现在星际运动。
简单的说,飞行器想去火星,并不是靠飞行器本身所携带的燃料直接飞过去的,而是在火于地球交汇的时候,利用少量的化学燃料,驱动飞行器脱离地球引力,跳到火星的引力范围内,让火星引力捕获,从而再一次的变轨靠近火星的。(变轨需要化学燃料)
形象的比喻就是,飞行器大部分时间都是趴在地球这辆车上,不用什么燃料,当火星车与地球车接近的时候,立马启动发动机跳过去,然后飞行器就在火星车上了,让火星车带着飞行器去旅行。
如果飞行器要去更远的地方,那么就等其他星系与火星交汇的时候,再跳过去。
人类目前制造的飞行器之所以要采取用这种方式来走出地球,最大的原因就是缺乏宇宙动力学,没办法在宇宙实行自由航行。
看了大家的回答我也忍不住来枉自指点一番。
前面已经有人说了宇宙真空环境没有推进的“工质”,但其实也意味着没有摩擦力可以无限匀速运动。这么说的话只要飞船自带推进燃料,让飞船有个初始加速度就能一直往前飞了。另外我们目前使用的航行原理还是最基本的化学能推动飞船加速。使用化学能最简单,但受限于飞船的体积,我们所携带的燃料有限就无法把飞船加速到足够快来缩短飞行时间。但是理论上我们也已经接近开发出电能推动飞船加速了。相信随着核反应堆的更加小型化和电能推动空间发动机的理论走向现实,很快就能实现这一目标。
接下来才是最重要的问题。
星际飞行就是星球与星球之间的飞行。现在离我们最近的月球都要飞好久才能到。离我们第二近的火星也要飞几个月。那么我们如何在有限的飞船空间里渡过这几个月时间呢?这才是最大的问题。现在人类不断的在进行封闭环境下的生存试验就是为了解决这一问题。但这种生态飞船即使做到可以提供自给自足,我们的航行时间又被飞行员的寿命所限制。解决这个困局我们又两个选择,1.延长驾驶人员寿命,手段可以通过人体冷冻休眠来实现,但现在技术上没有进展。2.我们让飞船更快就行了,这一点我们使用的化学推动发动机有瓶颈,目前也没有进展。我们只能耐心等待电能推动的发动机实现突破了。
宇宙飞船就是动力没问题(核燃料也回耗尽),但人寿命有问题,几十年能飞到宇宙哪里?也在宇宙飞船里传宗接代?生活物资有是有限的(在太空飞行中能造出食物?)还有宇宙墙、奥尔特墙(泡?)能出去?
从旅行者一号,到好奇者号火星探测器,都使用的是核燃料电池。注意,这里把他们称为核燃料电池,而不是核动力。目前的航天推进还是主要通过化学燃料火箭来实现。
核燃料电池,又叫放射性同位素电池。其早已在军事、医疗、航天领域有了很多应用。密苏里大学的研究团队已经可以把核燃料电池做成一枚硬币的大小。同等体积下,是普通电池的一百万倍。
厉不厉害,然而放射性同位素嘛,必然其在衰变时释放能量的速度不受外界干扰,一直不会变的。不能像钢铁侠那样突然增大输出上天开炮。这既是优点也是缺点,优点当然是蕴含很多能量,甚至能用几百几千年。缺点就是释放比较缓慢,速率不可调。
如果要用核动力来推进,那么需要利用核能将工质加速喷出去。这样肯定需要在短时间内释放大量能量。极限的情况下,就是在火箭屁股引爆一枚小型核弹。但是即使如此,不考虑是否能承受,飞船也难以获得足够的速度。
星际旅行所需要的能量,人类目前掌握的核能也不够看。
所以现实一些的话,只有离子推进器结合核动力供电也许还有些看点。目前可以在小型探测器上应用,但即使是核动力,也缺电。过个几百年,核聚变有突破的话,也许会有载人核动力飞船。
“星际”是一个太宽泛的概念,行星之间飞行可以叫星际,在由恒星、行星等组成的星系(比如太阳系)之间飞行也可以叫,但这些旅程的距离存在天文数字的差距。比如地球与太阳间的平均距离称为一个“天文单位”(约等于1.496亿公里),一般用来衡量太阳系内行星间的距离。美国1977年发射的探测器“旅行者1号”就装有核动力(放射性同位素),它2012年飞出太阳系,用了36年,距太阳也才121天文单位。
太阳系外的距离就要以“光年”来衡量了,一光年约等于63240天文单位,而已知距太阳系最近的恒星距我们约4.22光年。即使以接近光速的速度,穿越银河系也要十万年以上。
而且,“旅行者1号”的核装置并不提供它前飞的动力,而主要是用来给设备供电,它的飞行主要是利用太阳系内各种行星的引力,被拉、拽、甩出去的。
以这种办法,如果换成载人飞船,飞到火星单程也要250天,由于火星上没有后勤支持,还要携带返程的燃料和所需的一切,因而这种旅程最好的办法是去了就留下来建设当地,形成居留条件和返回地球的条件,这样的时间就是数年了。这个时间段说来不长,但要考虑到这是脱离地球,包括事故、疾病和心理危机等一切意外都得不到地球帮助,还有居留和建设中遇到的未曾预料的困难。
这还只是到距离不到一个天文单位的火星,再远就要考虑宇航员老死在飞船上的情况了,飞船必须能供人类繁衍数代。
还有核动力的强烈辐射,要求飞船有很强的屏蔽能力,但这很笨重,而且人类对太空环境(包括危险的宇宙射线)的适应能力并未根本解决。
现在卫星用的叫核电池,而不是核反应堆,核电池是利用放射性物质衰变放热供电的电池,供电能力较低,和反应堆强大的供电能力是没法比的,要在飞船上用上核反应堆,与潜艇航母上相比,最大的困难就是散热问题,现有的核反应堆都不是直接产生电能,是利用一次二次回路导出反应堆的热能转化为驱动涡轮旋转的机械能,多余的热能通过艇壳和海水散发出去,热的三种传导方式,热传导,热对流,热辐射,在空间的真空环境里只有效率最差的热辐射可以把飞船反应堆舱的多余热能传导出去,多余的热能一直积聚,严重影响飞船的安全性能,要解决这一点,就要把飞船做大,在反应堆舱装置很大的散热片,增加热辐射的效率,这对现有的运载能力而言是巨大的挑战。