星际航行的发动机

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1、星际旅行的发动机萧楠人类最熟悉的宇宙发动机应当火箭发动机，加加林利用这种发动机进入太空，阿姆斯特朗和奥尔德林利用这种发动机登上月球，先驱者和旅行者探测器利用这种发动机飞出太阳系。不过这种发动机的缺点是明显的，化学燃料占据的体积和重量太大而推力则太小，效率有限。科幻小说和电影也都觉得这种发动机太落后，所以想出了各种更先进的发动机：核发动机、星际冲压发动机、反物质发动机、离子发动机、光子发动机，甚至想到了利用恒星的光压和恒星风来在宇宙中扬起光帆航行。不过，科技永远在追赶科幻，上述的飞船推动方式有的已经成为现实，有的正在实验，科幻与现实之间的界限正在淡化。我下面将对这些处于

2、科幻与现实之间的动力方式做个介绍，看完文章大家可以点击这里投票选择一个，看如果你成为一艘星际船的船长，会选择哪种发动机。在开始之前，首先解释两个后边要多次用到的名词：“比冲量”(specificimpulse)：“比冲量”是动力学家衡量火箭引擎效率的一种标准量，它是火箭产生的推力乘以工作时间再除以消耗掉的总燃料质量。如果力和质量都用千克，比冲量的单位就是秒。可以理解为火箭发动机利用一公斤燃料可以持续多少秒一直产生一公斤的推力。比冲量越高，火箭的总动力越大，最终的速度越快，典型的固体火箭发动机的比冲量可以达到290秒，液体火箭主发动机的比冲量则是300至453秒。推重比

3、(thrust-to-weightratio即T/W)：推进系统未必是产生推力越大越好，需要看该推进系统的重量。推重比是发动机推力与发动机重量的比值。一、核动力发动机说到未来的宇航动力，人们恐怕首先会想到核动力，我们目前化学燃料的火箭推力太小，所以每次发射必须寻找合适的发射窗口，以便利用行星的引力来加速，使得它们能真正飞往宇宙深处，到目前为止，人类发射的所有深空探测器没有一个不利用行星的引力。这自然是个聪明的办法，但是毕竟只是无奈的变通方式，很消耗时间，而且受到的航线限制太多。安装核动力的飞船和探测器由于推力强大，就不必利用行星的引力，更不必在航线的限制上操心过多。核

4、动力也是相当可行的一种方案，如果利用核裂变的方式，也就是我们地球上发电厂中的方式，我们完全可以在十年内制造出核裂变动力火箭。如果采用核聚变的方式，则需要在受控核巨变方面取得进一步进展，但核聚变动力火箭将比现在的化学动力火箭轻得多，即使用比较慢的核能利用方式，也要比现代的化学动力火箭快一倍，它可以在3年内抵达土星，而不是现在的7年。由于燃料能持续更久，去往土星后还能有足够的能量继续旅行15年。而且，还有一种更直接的对核能的利用方式，可以获得强大核发动机的推动力将巨额的载重送往其他行星，只是那需要一种非常疯狂的方式。对于核动力的利用方式有3种：1、利用核反应堆的热能2、直

5、接利用来自反应堆的高能粒子3、利用核弹爆炸利用反应堆的热量是最简单也是最明显的方式，核动力航空母舰和核潜艇都是利用核裂变反应堆的动力来推动螺旋桨，只不过太空没有水或者空气这种介质，不能采用螺旋桨而必须利用喷气的方式。但方法仍很简单，反应堆中核子的裂变或者聚变产生大量热能，我们将推进剂(很可能采用液态氢)注入，推进剂会受热迅速膨胀，然后从发动机尾部高速喷出，产生推力。其结构如下图所示，推进剂从左侧注入，中间加热，右侧喷出。核发动机结构而这具体又分多种类型，其中核裂变发动机分以下4种类型：1)固体核心核发动机：在这种发动机中，推进剂受固体燃料核心加热，估计比冲量能达到大约

6、800秒；2)粒子床(ParticleBed)核发动机：在这样的发动机中，液体推进剂被泵入核燃料里面，这种方式能达到很高的热量，使得比冲量能达到大约1,000秒，推重比超过1；3)液体核心核发动机：这个办法是使用液态的核裂变燃料，由于不必操心裂变物质的熔点，所以能达到更高温度从而获得更大的优势，比冲量能达到大约1,500秒，推重比超过1；4)气体核心核发动机：这种情况下我们不用再操心裂变物质的蒸发，在这个系统中推进剂流经等离子态的裂变物质，从而达到最高的可能温度，安装一个冷却系统后，比冲量能够达到7,000秒。利用反应堆的热量这种办法虽然节省了燃料，但必须携带许多液体

7、推进剂，结果许多节省的重量都被消耗掉了，获得的好处没剩多少。由于核反应的时候能够产生许多高能粒子，所以第二种方式就是直接利用来自反应堆的粒子，从而不必携带推进剂。这些高能粒子移动速度非常快，我们当初用反应堆加热推进剂就是为了让推进剂的热运动速度增大从而获得推力，而这里我们已经有了这样的高速运动物质。而且这些高能粒子是离子态的，从而可以使用磁场来控制它们的喷射方向。事实上，这种磁场控制方式已经在我后边要介绍的离子发动机上使用了。核发动机推进利用这种方式，可以达到极高的比冲量——1百万秒！这样的发动机能够提供高推力使飞船或者探测器完成行星际任务，甚至进行