星际探索是否可行?以现有科技,我们需经历多少岁月才能抵达最近的邻居——比邻星?在众多科幻小说中,星际旅行已不再是梦想,人类已经掌握了穿越虫洞、超光速飞行或使用曲速驱动等先进技术。

宇航员们在休眠舱中沉睡,醒来时已抵达遥远的星球。然而,现实中我们尚未拥有这些技术,这不禁让人思考,星际旅行的现实性究竟如何?例如,最近的恒星是否遥不可及,以至于我们一生都无法抵达?利用现有技术需要多长时间,未来可能有哪些更快捷的星际旅行方式?

让我们探讨一些现存的和理论上的太空旅行技术,以比邻星(Proxima Centauri)为例,它是距离我们太阳系最近的恒星,距离大约4.24光年,相当于地球到太阳距离的60000倍。目前,我们主要依赖化学火箭推进,其效率并不高:每公斤燃料仅能产生少量能量,要获得更大推力就需要携带更多燃料。不过,首次星际任务很可能是无人的,因此宇宙飞船可能更小巧、更简单,类似小型太空探测器。

用最强火箭发射最小飞船!在半个世纪的航天历史中,"新视野号"(New Horizons)是速度最快的。它于2006年发射,重量0.478吨,科学仪器仅0.03吨,由美国宇宙神-V551型火箭(Altas-V551,569吨)发射,至今仍是离开地球速度最快的人造物体,发射速度约16公里/秒,目前以每秒14公里的速度运行。若朝比邻星方向发射,抵达那里需要超过90000年。

可变比冲磁等离子体火箭(VASIMR)设计使用核反应堆将等离子体加热至极高温,通过磁场从发动机后部排出,理论上速度可达54公里/秒,是现有火箭速度的4倍。即便如此,前往比邻星仍需20000多年。美国的Ad Astra火箭公司在2021年完成了80千瓦VASIMR VX-200SS等离子火箭的高功率耐力测试,持续88小时。

可控核聚变火箭利用核聚变反应推动火箭,理论上速度可达光速的10%。NASA格伦研究中心的科学家团队研发的Discovery II聚变动力航天器,速度可超过300公里/秒。但即便如此,前往比邻星仍需千年以上。不过,这种航天器需要在外层空间开采"氦-3"作为燃料,因为它在地球上难以找到。

物质-反物质引擎在反物质与物质接触时产生爆炸,将质量完全转化为能量。这种引擎理论上速度可达光速的几十百分比,但需要大量反物质。NASA曾提出一个小型反物质星际探测器计划,只需17克反氢,40年内可抵达比邻星。然而,地球上的反物质需在粒子物理加速器中产生,不易储存,且成本极高。

螺旋引擎是NASA马歇尔太空飞行中心工程师David Burns设计的狂野概念,利用近光速下的质量变化效应。这个引擎需要200米长、12米直径,但违反物理定律,因为所有惯性推进系统都不能在无摩擦环境中运行。

此外,如果进行载人星际旅行,还需考虑相对时间差。例如,以99%光速飞向比邻星,地球上观察者看到你抵达需8年多,而飞船上的你则几乎瞬间抵达。返回地球时,你仅经历一年多,但地球上已过去8年。

最终,除非在核聚变、反物质等领域取得重大突破,否则我们可能永远无法离开太阳系。星际旅行的现实性仍然充满挑战。

 


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