在太空住5年...要帶什么上太空?

【專家解說】：　　人類進(jìn)入太空已有近５０年歷史，但時至今日，月球仍是人類足跡所能達(dá)到的最遠(yuǎn)區(qū)域。是什么阻礙了我們探索宇宙的腳步？人類該向什么方向發(fā)展技術(shù)，才能對真正意義上的深空進(jìn)行探索？英國《新科學(xué)家》雜志日前刊登文章，對未來可能幫助人類進(jìn)入深空的１０種外太空飛行技術(shù)進(jìn)行了分析。 　　除了預(yù)算問題和政治意愿這兩大因素外，太空探索計劃面臨的另一個巨大障礙，就是當(dāng)前占據(jù)統(tǒng)治地位的太空飛行技術(shù)----化學(xué)燃料推進(jìn)火箭----尚無法將人類送上更遠(yuǎn)的星球。 　　 　　阿波羅１０號月球探測器是歷史上速度最快的載人航天器，其最大時速為３９８９５公里。照這個速度，它需要１２萬年才能抵達(dá)離我們最近的恒星系統(tǒng)。要對真正意義上的深空進(jìn)行探索，我們就必須研發(fā)出新技術(shù)。以下列舉的是十大最令人著迷的太空飛行技術(shù)，其中一些在未來很可能成為現(xiàn)實(shí)，另一些則可能止于幻想。 　　 　　１．離子推進(jìn)器 　　 　　傳統(tǒng)火箭通過尾部高速噴射氣體產(chǎn)生推進(jìn)力，離子推進(jìn)器的工作原理也一樣，不同的是，它噴射的不是高溫氣體，而是帶電粒子流。目前離子推進(jìn)器產(chǎn)生的推進(jìn)力較小，但消耗的燃料遠(yuǎn)低于火箭。一些飛船已采用離子推進(jìn)器，如日本的“隼鳥”號小行星探測飛船，以及歐洲的“智能１號”撞月飛船。 　　 　　令人欣慰的是，這種技術(shù)正穩(wěn)步提高。離子推進(jìn)器一個特別有發(fā)展前景的變體是可變比沖磁等離子體火箭（ＶＡＳＩＭＲ）。離子推進(jìn)器利用強(qiáng)大的電場加速離子，而ＶＡＳＩＭＲ則利用射頻發(fā)生器----與用于播放電臺節(jié)目的發(fā)射機(jī)類似----將離子加熱到１００萬攝氏度。離子在ＶＡＳＩＭＲ的強(qiáng)磁場內(nèi)以固定頻率旋轉(zhuǎn)，射頻發(fā)生器隨后也改為這個頻率，將額外的能量注入離子，并極大地提升推進(jìn)力。 　　 　　可能性：幾年后有望成真。 　　 　　２．核脈沖推進(jìn) 　　 　　核脈沖推進(jìn)聽起來是一種“全然不計后果”的方式----定時從后部將核彈扔出艙外并引爆，利用核爆威力推動飛船前進(jìn)。 　　 　　美國國防高級研究計劃局曾開啟秘密研制核脈沖推進(jìn)動力飛船的“獵戶座計劃”。即使按照今天的標(biāo)準(zhǔn)，這項設(shè)計也可以用“巨大”來形容。他們建議研制一種巨型減震器，同時用厚重的輻射防護(hù)屏障保護(hù)乘客。 　　 　　核脈沖推進(jìn)似乎可以發(fā)揮作用，但行進(jìn)途中產(chǎn)生的輻射塵讓人擔(dān)憂。上世紀(jì)６０年代，隨著第一批核試驗(yàn)禁令生效，獵戶座計劃被束之高閣?，F(xiàn)在，一些研究人員仍在提出與核脈沖推進(jìn)類似的想法。從理論上說，依靠引爆核彈推進(jìn)的飛船速度可達(dá)光速的十分之一，允許人類在大約４０年內(nèi)造訪離地球最近的恒星。 　　 　　可能性：極高，但存在一定危險性。 　　 　?。常司圩兓鸺? 　　 　　核火箭是另一項利用核能量的太空飛行技術(shù)，它能利用飛船所攜裂變反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量驅(qū)逐空氣，進(jìn)而獲得推動力。但如果比拼能量，這種方式與核聚變火箭相比顯得黯然失色。 　　 　　核聚變過程中，原子核結(jié)合成更大的核，同時釋放出巨大能量。絕大多數(shù)核聚變反應(yīng)堆設(shè)計利用托卡馬克裝置（利用磁約束來實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)性容器）將燃料約束在一個磁場內(nèi)產(chǎn)生核反應(yīng)。但托卡馬克重量極大，因此，核聚變火箭設(shè)計趨向于采用另一種觸發(fā)核聚變的方式----慣性約束聚變。 　　 　　這種設(shè)計利用高功率能量束取代托卡馬克的磁場，通常采用的是激光。能量束猛烈轟擊燃料，使其外層發(fā)生爆炸，爆炸威力隨后傳導(dǎo)到內(nèi)層并最終觸發(fā)核聚變。在此之后，磁場引導(dǎo)產(chǎn)生的熾熱等離子體從飛船尾部噴出，進(jìn)而產(chǎn)生推進(jìn)力。 　　 　　上世紀(jì)７０年代，英國行星際協(xié)會在其“代達(dá)羅斯計劃”中對這種核聚變火箭進(jìn)行了研究。它能幫助人類在５０年內(nèi)抵達(dá)另一顆恒星，在這段飛行時間內(nèi)，宇航員能繼續(xù)生存的可能性極高。而當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)是：盡管努力了數(shù)十年之久，但科學(xué)家們?nèi)晕囱兄瞥鲆粋€可以工作的慣性約束聚變反應(yīng)堆。 　　 　　可能性：可能實(shí)現(xiàn)，但要等待數(shù)十年。 　　 　?。矗退_德沖壓式噴氣發(fā)動機(jī) 　　 　　所有火箭均面臨同樣的基礎(chǔ)性問題：為獲得更高加速度，需要攜帶更多燃料，但這樣就提高了航天器重量，反過來降低加速度。 　　 　　巴薩德沖壓式噴氣發(fā)動機(jī)能巧妙地解決這個問題。它也是一種核聚變火箭，但獲得推動力的方式不是依靠核燃料，而是將來自周圍空間的氫離子化，再利用巨大的電磁場將氫離子吸入體內(nèi)。但由于星際空間中的氫數(shù)量極少，電磁場的寬度可能不得不達(dá)到數(shù)百甚至數(shù)千公里。一種可能的“手段”是按照計算出來的軌道提前從地球發(fā)射燃料，讓飛船在無需巨大電磁場的情況下沿路“拾取”燃料。然而這也意味著，沖壓式噴氣發(fā)動機(jī)背離了最初的設(shè)計。 　　 　　可能性：在技術(shù)上面臨巨大挑戰(zhàn)。 　　 　?。担柗? 　　 　　這是另一種無需面對燃料攜帶問題的技術(shù)。與風(fēng)帆借用風(fēng)力的原理一樣，太陽帆從太陽放射的光線中獲取能量。這項技術(shù)在地球真空室測試中已取得成功，但在軌道進(jìn)行的測試卻每每發(fā)生不幸。 　　 　?。玻埃埃的?，美國帕薩迪納行星協(xié)會發(fā)射了一艘名為“宇宙１號”的太陽帆飛船，但負(fù)責(zé)將飛船送入太空的火箭因發(fā)生故障土崩瓦解。美國另一項在太空建立太陽帆的任務(wù)“ＮａｎｏＳａｉｌ－Ｄ”，也因火箭故障以失敗告終。 　　 　　盡管面臨一系列問題，太陽帆仍是一種非常有發(fā)展前景的太空飛行技術(shù)，至少對太陽系內(nèi)的太空飛行來說是如此。 　　 　　可能性：有可能，但存在局限性。 　　 　　６．磁帆 　　 　　磁帆是太陽帆的一個變體，利用太陽風(fēng)獲得推進(jìn)力。太陽風(fēng)是一個帶電粒子流，擁有自身的磁場。 　　 　　磁帆或類似技術(shù)可用于在行星磁場上進(jìn)行“沖浪”，使飛船能夠變軌，甚至擺脫行星際空間。然而，無論是太陽帆還是磁帆都不是進(jìn)行星際旅行的理想方式，一旦遠(yuǎn)離太陽，所能獲得的陽光和太陽風(fēng)強(qiáng)度便急劇下降。 　　 　　可能性：可能，但只限于短途旅行。 　　 　?。罚芰可涫七M(jìn) 　　 　　如果太陽無法提供足夠能量，我們也許能靠自己的力量做到這一點(diǎn)，具體方式就是向太空釋放強(qiáng)大的能量射束。激光燒蝕便是這樣一種技術(shù)----飛船的金屬板在從地面發(fā)射的強(qiáng)激光照射下逐漸汽化，而金屬汽化能為飛船提供推進(jìn)力。 　　 　　星際旅行最理想的方式可能就是借助強(qiáng)激光推進(jìn)的光帆了。能量射束推進(jìn)面臨一系列挑戰(zhàn)，其中包括射束必須在極遠(yuǎn)距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確聚焦，飛船必須在幾乎不浪費(fèi)的情況下使用全部所獲能量，以及產(chǎn)生射束的設(shè)備需要達(dá)到巨大功率----在一些情況下，需要的能量超過整個人類社會當(dāng)前輸出的能量總和。 　　 　　可能性：面臨極大挑戰(zhàn)。 　　 　?。福枎毂葼栆? 　　 　　埃爾庫比爾引擎實(shí)際上就是電影《星際迷航》中出現(xiàn)的曲速引擎，最初由英國物理學(xué)家馬格爾·埃爾庫比爾于１９９４年提出。這種引擎利用的是至今未被發(fā)現(xiàn)的“奇異物質(zhì)”----擁有負(fù)質(zhì)量并具有極大負(fù)壓（比大氣壓更低的氣壓狀態(tài)）的粒子。曲速引擎能扭曲時空，讓飛船前方的空間收縮，后方的空間膨脹。在這種情況下，置身于一個“曲速泡”內(nèi)的飛船能在不違背相對論的前提下超光速飛行。 　　 　　然而埃爾庫比爾引擎面臨大量問題，其中之一就是維持曲速泡所需的能量超過宇宙的總能量。此外，曲速引擎會產(chǎn)生大量輻射，威脅宇航員的生命安全。更為重要的是，當(dāng)前沒有任何證據(jù)顯示“奇異物質(zhì)”確實(shí)存在。２００２年發(fā)表的計算結(jié)果顯示，飛船無法向曲速泡前方發(fā)射信號，這意味著機(jī)組人員無法操控飛船。 　　 　　可能性：看上去似乎不可能。 　　 　?。梗x洞 　　 　　經(jīng)常在科幻小說中出現(xiàn)的所謂“蟲洞”是指類似隧道的捷徑，進(jìn)入之后可穿越時空。蟲洞真的存在嗎？如果存在，我們是否能在蟲洞中穿行？ 　　 　　不幸的是，兩個問題的答案可能都是“不”。蟲洞需要借助埃爾庫比爾引擎使用的奇異物質(zhì)保持自身穩(wěn)定，而這種物質(zhì)可能并不存在。 　　 　　上世紀(jì)９０年代，物理學(xué)家提出了另一種可以穿行的蟲洞設(shè)想----蟲洞處于自我維持狀態(tài)，能產(chǎn)生自己的奇異物質(zhì)保持洞口張開。但這種設(shè)想同樣遭遇嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：如果可以用于太空中的物質(zhì)運(yùn)輸，這種蟲洞也可用于制造時間機(jī)器，如此一來就違背了因果律（任何一種現(xiàn)象或事物都必然有其原因）。 　　 　　可能性：幾乎不可能。 　　 　?。保埃臻g發(fā)動機(jī) 　　 　　如果宇宙擁有更多維度，而不是我們觀測到的３個維度，采用超空間發(fā)動機(jī)的飛船以極速穿行于多維空間的可能性便是存在的。超空間發(fā)動機(jī)立基于德國物理學(xué)家巴克哈德·海姆提出的一項宇宙構(gòu)造理論----如果超空間發(fā)動機(jī)能創(chuàng)造一個足夠強(qiáng)大的磁場或重力場，身處其中的飛船便可進(jìn)入另一個完全不同的多維空間。 　　 　　海姆在世時，這一理論從未得到同行的認(rèn)同，絕大多數(shù)現(xiàn)代物理學(xué)家也以“非常難于理解”為由將之棄置一旁。 　　 　　可能性：目前看不到可能性。