xingji hangxing
星際航行
interplanetary and interstellar navigation
星際航行包括行星際航行和恆星際航行。行星際航行是指太陽係內的航行，恆星際航行是指太陽係以外的恆星際空間的飛行。不載人行星際航行已經實現，而恆星際航行尚處於探索階段。如以冥王星的軌道作為太陽係的邊界，太陽係的半徑約為60億公裏。除太陽外，離地球最近的恆星──半人馬座“比鄰星”的距離為4.22光年（1光年等於9.46×10□公裏）,約合40萬億公裏,相當於地球到太陽之間距離的27萬倍，其他恆星和星係的距離則更遠。人們現在所能觀測到的宇宙範圍約為 100億光年。用現代火箭技術所能達到的速度 （20公裏/秒左右）可以飛出太陽係，但不能實現恆星際航行。因為以這個速度航行到最近的恆星“比鄰星”約需 65000年，到天狼星約需13萬年。航天器衹有達到接近光速的速度，恆星際航行纔有實際意義。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。但是即使利用氫聚變反應産生能量轉化為動能，噴氣速度也衹能達到光速的5％。以這樣的噴氣速度使航天器速度達到0.8倍光速，則航天器起飛時的質量將為航天器質量的34.8億倍，這是無法實現的大質量比。
現階段航天中使用的化學火箭發動機、核火箭發動機和電火箭發動機的噴氣速度衹有光速的幾萬分之一。設想中的有可能用於未來恆星際航行的推進係統的有：①脈動式核聚變發動機：把核燃料做成很多細小的顆粒──“微型氫彈”,用激光或粒子束加熱到極高溫度,引起微型氫彈爆炸，産生衝擊波和粒子流，使其嚮一定方向噴射，産生反作用推力。逐個點燃“微型氫彈”可獲得脈動式的持續推力。②星際衝壓式發動機：在恆星際航天器前面裝一個巨大的收集器，在航行中不斷吸入星際空間的氫，利用氫的同位素氘為核聚變發動機提供燃料。但是這樣的收集器據計算直徑將達到數千公裏。有人設想在航天器前面造成一個大範圍的人工磁場，形成無形的收集器，用磁力綫捕獲星際空間的氫離子。③光子火箭發動機：根據著名的愛因斯坦質能公式:能量=質量×（光速）□，利用物質和反物質相互作用，其質量全部湮滅而轉化為光能。使質子與反質子在發動機中進行反應産生光子流,光子流以光的速度從火箭噴管噴出,産生反作用力，推動火箭前進，這就是光子火箭原理。光子火箭的設想早在1953年就提出來了，但是反物質的産生、貯存和使用，發動機的設計和控製，以及大面積反射鏡的製造都不是短時期內所能解决的問題。
根據愛因斯坦狹義相對論，在以接近光速飛行的航天器上，時間的進程遠比地球上慢，這個效應稱為時間延緩效應。設□□□是航天器上的時間，□□是地球上的時間，□□是航天器的速度，□□是光速，則有關係式：
□例如,當□＝0.9□□時,□□＝0.436□□；當□＝0.9999995□時，按照這個效應航天器上的時間僅為地球上時間的千分之一。這樣一來就有可能在人的壽命期限內完成一次往返遙遠恆星天體的恆星際航行。
（褚桂柏） |