恒星际航行的三大难天

作者: 钟建业

人类一直向往着到其它恒星系去旅行,发现新的世界、新的奇迹和新的机遇,但就目前的情况而言,这还只能是一个梦。

现在,人类要想离开地球还是非常困难的,就更不用说到太阳系以外去探险了。但是,千里之行始于足下,人类毕竟已经走完了星际航行的第一步,人类已经步入轨道、登上月球,现在人们正盼望着找到一种用较低的费用到达轨道的方法。然而,这仅仅是愿望的一部分,许多国家的科学家一直在研究推进技术,希望能获得突破性的进展,以便使人类能够到其它恒星系去旅行。

那么在人类实现恒星际旅行之前到底需要取得什么样的技术突破呢?

摆在人类面前的第一大难关就是推进剂的质量。今天的航天器靠火箭推动,而火箭要使用大量的推进剂。当推进剂从火箭内按一个方向喷出时,它就使航天器按相反的方向飞行,我们希望的运行速度越大,我们所需要的推进剂也就越多。到邻近恒星系的长途旅行所需要的推进剂数量实在是太大了,乃至人类无法满足这一需求。例如,要使一个航天飞机大小的运载器以1000年的漫长时间飞到我们邻近的恒星系,如果它装备着航天飞机采用的化学火箭,我们可能需要10119kg的推进剂。据估计,全世界的质量也只有1055kg,可见就是用完全世界的质量,也无法走完这一旅程。

即使采用我们能想象得到的最好的离子发动机,它的排气速度比目前使用的火箭的排气速度大200倍,我们可能还需要500多个尺寸为超级油船大小的推进剂储箱才能使航天器以100年的时间飞到离我们最近的恒星。如果我们希望那个航天器到达目的地点之后停下来,我们可能还需要用500艘超级油船所容纳的推进剂来刹车,而且可能还需要另外为数更多的超级油船所容纳的推进剂来推动航天器朝着这颗恒星飞去。

很显然,火箭不是实施星际旅行的方法,人类需要找到一种,仅需很少燃料或根本不需要燃料的新的运行方式,这意味着需要找到改变重力或惯性力的方法,或针对适当的空间时间结构来推进的方法。

摆在人类面前的第二大难关就是速度。我们所知道的速度最快的物质就是光,即使按光速运行,为了对距我们最近的恒星系进行一次圆满的往返旅行也几乎需要9年时间。为了在合适的时间框架内实施邻近恒星系的旅行,我们需要在物理学上有所突破,以便能使我们以大于光速的速度旅行。一些科学家认为那是不可能的,另一些科学家则持乐观态度。

摆在人类面前的第三大难关就是能量。即使我们有一个不需要推进剂而直接把能量转换为运动的非火箭式的空间推进器,它也离不开大量的能量。让一个航天飞机大小的运载器经过50年单程旅行到达离我们最近的恒星系将要用7×1019焦尔的能量。这大约是航天飞机连续飞行50年所需的能量。为了克服这一困难,人类需要利用太空中的能量,也就是说在获取能源的理论方面要取得新突破。