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激光或可将飞行器送往外太空

浏览次数:     时间:2016-3-18 17:21:01

    一位研究人员说,利用强激光作为微型飞行器的动力源,可能会极大地缩短星际间的航行时间,从几千年缩短为几十年。

  人类的太空旅行受到数学理论的引导和限制。要想在指定的时间内到达太空某处,宇宙飞船的速度必须足够快。然而,极快的速度也意味着需要更多的推进燃料。大量推进燃料的需求使得飞船加速变得十分困难,如火箭燃料、核聚变燃料还有反物质。

  尽管如此,一些研究人员还是找到了突破点,那就是使用太阳能、激光或微波作为推动源。通过太阳光或地面发射的激光束来推动星际飞行器,这样的话飞行器自身就不用负载推进器了。然而,要想进行一次大规模探测,人类可能需要超强激光以及像德克萨斯州那样大小的太阳帆。

  来自加利福尼亚大学、圣巴巴拉宇宙学实验研究小组成员PhilipLubin,希望通过小型、超薄外形的飞船来解决这类问题。这一想法赢得了来自美国宇航局创新概念计划第一阶段的拨款。虽然载人星际飞行计划或许还需很长的路要走,但Lubin认为这并不妨碍我们先向其他星球发射机器人探测器。他说:机器人在探索太阳系过程中完成了大量艰巨的任务,它们已成为人类探索脚步向太空延伸的使者。虽然目前我们还无法将人类送往距离地球最近的恒星,但我们却有办法将人类的智慧通过微型机器人探测器传送到最近的恒星上去。

  NIAC第一阶段拨款相对较少(约10万美元),他们鼓励研究人员为潜在的太空旅行技术构建详细的计划。Lubin的理念是一个星际旅行蓝图,详述了一种微型、激光推进探测器的开发及测试。

  LesJohnson是美国宇航局的一名技术人员,同时也是一位科幻小说家,他讲述了Lubin的NIAC设想:与其为飞行器配备足够的能源、体积庞大的推进系统,不如只携带体积微小的核心器件,这就是该设想的主导思想。

  Lubin说:这些重约一克的探测器,将由地面的激光束推进。它们负载着用于测量的微型传感器和回传数据的发射器。由于体积稍大的探测器或者能量稍弱的激光束对太阳系内邻近星球的探测有重大贡献,因此整个微型系统的建立可以逐步进行。定向能技术已经得到了很大发展,尤其是美国国防高级研究计划局(DARPA)对该领域做过详细的研究。关于推进力,以前认为一台巨型脉冲激光器是必要的,但是目前看来,借助多个相对能量较小的激光器也是可行的,其能量经放大器放大后也足以带动小型探测器的太阳帆。在早期的研究中,曾尝试过利用激光加热及矫正飞往地球的小行星的轨道。

  在地面测试或其他测试中,一旦这个系统的小模型建立,激光列阵就开始逐渐扩大。最大规模的激光系统将采用50至70吉瓦功率来推动飞行器,这与目前将飞行器送往环地轨道所需功率相当。Lubin所提出的这一激光设置可以将一台带有太阳帆(展开宽度为1米)的微型飞行器在十分钟内的最高运行速度提至光速的26%。

  Lubin提出:这类飞行器可以在30分钟内到达火星,三天内就能赶上旅行者1号(Voyager1,飞行距离地球最远的人造飞行器),15年就能到达半人马座阿尔法星。体积较大的飞行器可能需的加速时间更长,但这个速度已经远远超过我们目前的水平。要达到我们预期的目标是极其困难的,但是到目前为止,我们还没有遇到根本性的挑战,除了辛勤工作和技术演化,还有什么理由不去努力实现目标呢?

  MarcMillis是一名动力物理学家、TauZero基金的创始人,同时也是星际飞行研究小组成员。他说:找到一个可行的、可对不同星际进行探索的最终方法是至关重要的。如果你想将某物体传送得更远、速度更快的话,物体质量越少越容易实现。针对星际飞行的不同观点和问题,可以先解决其中的一小部分,总结经验后,再合理的进行下一步,很显然,这并不能解决所有问题。因为在这个阶段,你能做的只有这些。

  为了让这一系统发挥作用,研究人员必须解决如何才能精确聚焦激光束并引导微型飞行器这一难题,以及如何保证飞行器能够安全返回地球。此外,建造一个大型的轨道激光器是十分有必要的,其成本效益将在经历几次实验之后显现。

Johnson也认为Lubin的蓝图中星际旅行的渐进性是有道理的。他说:激光器、反物质、核聚变都可作为推进动力源,但它们都受传统飞行器的大小以及一些大型设备的影响,可能这些设备我们现在不曾拥有,下个世纪才会拥有。但是在这一点上,只要设备比我们的大就完全能实现,这也意味着距离目标的实现不会太远。


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