人類什么時(shí)候可以發(fā)展到外太空住?

【專家解說(shuō)】：　　人類進(jìn)入太空已有近５０年歷史,但時(shí)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(duì)真正意義上的深空進(jìn)行探索?英國(guó)《新科學(xué)家》雜志日前刊登文章,對(duì)未來(lái)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(wèn)題和政治意愿這兩大因素外,太空探索計(jì)劃面臨的另一個(gè)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(wú)法將人類送上更遠(yuǎn)的星球. 　　　　阿波羅１０號(hào)月球探測(cè)器是歷史上速度最快的載人航天器,其最大時(shí)速為３９８９５公里.照這個(gè)速度,它需要１２萬(wàn)年才能抵達(dá)離我們最近的恒星系統(tǒng).要對(duì)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(lái)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(guò)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(niǎo)”號(hào)小行星探測(cè)飛船,以及歐洲的“智能１號(hào)”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(gè)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(chǎng)加速離子,而ＶＡＳＩＭＲ則利用射頻發(fā)生器----與用于播放電臺(tái)節(jié)目的發(fā)射機(jī)類似----將離子加熱到１００萬(wàn)攝氏度.離子在ＶＡＳＩＭＲ的強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)以固定頻率旋轉(zhuǎn),射頻發(fā)生器隨后也改為這個(gè)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(tīng)起來(lái)是一種“全然不計(jì)后果”的方式----定時(shí)從后部將核彈扔出艙外并引爆,利用核爆威力推動(dòng)飛船前進(jìn). 　　　　美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局曾開(kāi)啟秘密研制核脈沖推進(jìn)動(dòng)力飛船的“獵戶座計(jì)劃”.即使按照今天的標(biāo)準(zhǔn),這項(xiàng)設(shè)計(jì)也可以用“巨大”來(lái)形容.他們建議研制一種巨型減震器,同時(shí)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(jì)劃被束之高閣.現(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(shuō),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(xiǎn)性. 　　　?。常司圩兓鸺?　　　　核火箭是另一項(xiàng)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(dòng)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(guò)程中,原子核結(jié)合成更大的核,同時(shí)釋放出巨大能量.絕大多數(shù)核聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)利用托卡馬克裝置（利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)性容器）將燃料約束在一個(gè)磁場(chǎng)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(jì)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(jì)利用高功率能量束取代托卡馬克的磁場(chǎng),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(chǎng)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(guó)行星際協(xié)會(huì)在其“代達(dá)羅斯計(jì)劃”中對(duì)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(shí)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€(gè)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. 　　　　４．巴薩德沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 　　　　所有火箭均面臨同樣的基礎(chǔ)性問(wèn)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(guò)來(lái)降低加速度. 　　　　巴薩德沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)能巧妙地解決這個(gè)問(wèn)題.它也是一種核聚變火箭,但獲得推動(dòng)力的方式不是依靠核燃料,而是將來(lái)自周圍空間的氫離子化,再利用巨大的電磁場(chǎng)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(chǎng)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(jì)算出來(lái)的軌道提前從地球發(fā)射燃料,讓飛船在無(wú)需巨大電磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)背離了最初的設(shè)計(jì). 　　　　可能性：在技術(shù)上面臨巨大挑戰(zhàn). 　　　?。担?yáng)帆 　　　　這是另一種無(wú)需面對(duì)燃料攜帶問(wèn)題的技術(shù).與風(fēng)帆借用風(fēng)力的原理一樣,太陽(yáng)帆從太陽(yáng)放射的光線中獲取能量.這項(xiàng)技術(shù)在地球真空室測(cè)試中已取得成功,但在軌道進(jìn)行的測(cè)試卻每每發(fā)生不幸. 　　　?。玻埃埃的?美國(guó)帕薩迪納行星協(xié)會(huì)發(fā)射了一艘名為“宇宙１號(hào)”的太陽(yáng)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(guó)另一項(xiàng)在太空建立太陽(yáng)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(wèn)題,太陽(yáng)帆仍是一種非常有發(fā)展前景的太空飛行技術(shù),至少對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)的太空飛行來(lái)說(shuō)是如此. 　　　　可能性：有可能,但存在局限性. 　　　?。叮欧?　　　　磁帆是太陽(yáng)帆的一個(gè)變體,利用太陽(yáng)風(fēng)獲得推進(jìn)力.太陽(yáng)風(fēng)是一個(gè)帶電粒子流,擁有自身的磁場(chǎng). 　　　　磁帆或類似技術(shù)可用于在行星磁場(chǎng)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(wú)論是太陽(yáng)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(yáng),所能獲得的陽(yáng)光和太陽(yáng)風(fēng)強(qiáng)度便急劇下降. 　　　　可能性：可能,但只限于短途旅行. 　　　　７．能量射束推進(jìn) 　　　　如果太陽(yáng)無(wú)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(guò)整個(gè)人類社會(huì)當(dāng)前輸出的能量總和. 　　　　可能性：面臨極大挑戰(zhàn). 　　　?。福枎?kù)比爾引擎 　　　　埃爾庫(kù)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(guó)物理學(xué)家馬格爾·埃爾庫(kù)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(shí)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(gè)“曲速泡”內(nèi)的飛船能在不違背相對(duì)論的前提下超光速飛行. 　　　　然而埃爾庫(kù)比爾引擎面臨大量問(wèn)題,其中之一就是維持曲速泡所需的能量超過(guò)宇宙的總能量.此外,曲速引擎會(huì)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(méi)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(jì)算結(jié)果顯示,飛船無(wú)法向曲速泡前方發(fā)射信號(hào),這意味著機(jī)組人員無(wú)法操控飛船. 　　　　可能性：看上去似乎不可能. 　　　　９．蟲(chóng)洞 　　　　經(jīng)常在科幻小說(shuō)中出現(xiàn)的所謂“蟲(chóng)洞”是指類似隧道的捷徑,進(jìn)入之后可穿越時(shí)空.蟲(chóng)洞真的存在嗎?如果存在,我們是否能在蟲(chóng)洞中穿行? 　　　　不幸的是,兩個(gè)問(wèn)題的答案可能都是“不”.蟲(chóng)洞需要借助埃爾庫(kù)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(chóng)洞設(shè)想----蟲(chóng)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(kāi).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(chóng)洞也可用于制造時(shí)間機(jī)器,如此一來(lái)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(dòng)機(jī) 　　　　如果宇宙擁有更多維度,而不是我們觀測(cè)到的３個(gè)維度,采用超空間發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)立基于德國(guó)物理學(xué)家巴克哈德·海姆提出的一項(xiàng)宇宙構(gòu)造理論----如果超空間發(fā)動(dòng)機(jī)能創(chuàng)造一個(gè)足夠強(qiáng)大的磁場(chǎng)或重力場(chǎng),身處其中的飛船便可進(jìn)入另一個(gè)完全不同的多維空間. 　　　　海姆在世時(shí),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.