天河之舟

□劉進(jìn)軍

天河之舟

□劉進(jìn)軍

星際間的距離讓人絕望，以我們現(xiàn)在的飛船速度，到最鄰近的恒星也要耗時(shí)12萬(wàn)年。有沒(méi)有快速穿梭時(shí)空的捷徑呢？

載人航天系統(tǒng)技術(shù)是當(dāng)今規(guī)模最大、技術(shù)最復(fù)雜的技術(shù)，從1961年4月人類發(fā)射了第一艘載人飛船迄今，已有近40年的歷史。盡管它投資巨大、周期較長(zhǎng)，但卻吸引了各國(guó)的注意力，獲得了飛速的發(fā)展，大凡國(guó)力較強(qiáng)的國(guó)家都在摩拳擦掌躍躍欲試。

速度戰(zhàn)勝距離

載人飛船可以獨(dú)立進(jìn)行航天活動(dòng)，也可作為往返于地面和空間站之間的“渡船”，還能與空間站或其他航天器對(duì)接后進(jìn)行聯(lián)合飛行。但要想更快更遠(yuǎn)更安全，現(xiàn)在的燃料運(yùn)載火箭已力所不及，宇宙飛船、空天飛機(jī)的動(dòng)力和速度已注定只能在地球周圍轉(zhuǎn)悠，星際航行肯定不能勝任。為了實(shí)現(xiàn)更快更高更安全的目標(biāo)，科學(xué)家設(shè)想了許多種未來(lái)的宇宙飛船。

科學(xué)家們作出種種未來(lái)的宇宙飛船的設(shè)想，如原子能飛船、量子飛船、光子飛船、太陽(yáng)帆飛船、離子體飛船等。新型動(dòng)力飛船將以第三宇宙速度，甚至更快的速度進(jìn)行宇宙航行。

點(diǎn)燃核子的“導(dǎo)火線”

早在50年前，前蘇聯(lián)、美國(guó)已研制了核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。核子平時(shí)很穩(wěn)定，只有點(diǎn)燃了它的“導(dǎo)火線”，核子才會(huì)發(fā)生連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生巨大的能量。運(yùn)載火箭在換裝核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)后，一次發(fā)射就能將幾十噸物資送上月球表面。核動(dòng)力飛船能夠執(zhí)行更遠(yuǎn)距離的太空飛行，例如對(duì)火星等太陽(yáng)系中的其他行星進(jìn)行抵近探測(cè)、登陸。

核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)很明顯，會(huì)產(chǎn)生大量具有放射性的廢料。為了預(yù)防核動(dòng)力火箭在發(fā)射時(shí)可能發(fā)生爆炸造成的核污染問(wèn)題，科學(xué)家們?yōu)楹税l(fā)動(dòng)機(jī)包裹上一層由鎢制成的外殼，非常堅(jiān)固，而且耐高溫，完全可以抵御爆炸引發(fā)的沖擊波。普通飛船使用核動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)也可提增3倍速度。

為激光指引方向

自從方向性極強(qiáng)的激光問(wèn)世以后，科學(xué)家們又預(yù)言：激光可以作為未來(lái)宇宙飛船動(dòng)力。激光這樣強(qiáng)大的輻射光束也完全可能給宇宙飛船加速。從物理學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，各種發(fā)動(dòng)機(jī)就是利用反作用力，激光發(fā)動(dòng)機(jī)的反作用力能產(chǎn)生巨大無(wú)比的推動(dòng)力。

科學(xué)家在研究以激光為動(dòng)力的航天飛機(jī)上已經(jīng)取得卓有成效的成果。激光飛船能依靠自己的動(dòng)力垂直起飛；返回大氣層時(shí)又像飛機(jī)一樣，滑翔到地面作水平著陸。激光飛船不需要火箭發(fā)射，也不使用火箭燃料，費(fèi)用低廉，發(fā)射費(fèi)用僅為航天飛機(jī)的百分之一，而且十分安全。

給陽(yáng)光插上翅膀

如果太陽(yáng)光能給宇宙空間里自由飄蕩的物體加速的話，那多好??！英國(guó)科學(xué)家正在研制一種使用電磁原理的技術(shù)取代傳統(tǒng)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。這種超導(dǎo)電磁體的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力極大，完全可以使超導(dǎo)體飛船保持成形編隊(duì)狀態(tài)，而不需要燃料供給。

超導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力完全由宇宙飛船的太陽(yáng)能帆板吸收太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成的電能提供。超導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)可以極少的電能爆發(fā)極大的推力。

超導(dǎo)體飛船在恒星際旅行中更顯得輕松自如。當(dāng)超導(dǎo)體飛船在太陽(yáng)系內(nèi)飛行時(shí)，接收太陽(yáng)光；當(dāng)超導(dǎo)體飛船飛出太陽(yáng)系，進(jìn)入另一個(gè)恒星系后，就開(kāi)始接受另一個(gè)恒星的光芒?？茖W(xué)家興奮地說(shuō)：有陽(yáng)光的地方就有超導(dǎo)體飛船。

反物質(zhì)的哲學(xué)家

科幻故事中大多數(shù)飛船都是用反物質(zhì)作為燃料。反物質(zhì)燃料是目前已知的最有效的燃料。

反物質(zhì)飛船力量強(qiáng)大，速度飛快，它利用物質(zhì)的反質(zhì)子瞬間爆發(fā)能量，推動(dòng)飛船前進(jìn)。雖然反物質(zhì)看上去與普通物質(zhì)沒(méi)什么區(qū)別，但反物質(zhì)的一些特性是顛倒的。

美國(guó)的科研人員設(shè)想的“ICAN-II”反物質(zhì)動(dòng)力飛船有一個(gè)直徑8米的碳化硅外殼。此外，它還需配置1.2米的氫化鋰防護(hù)罩，以免受高能中子輻射；還要建造一個(gè)2.2米的屏蔽燃料環(huán)，用以保護(hù)乘員艙?！癐CAN-II”反物質(zhì)飛船有625噸的總質(zhì)量，可搭載82噸的有效載荷。登陸火星的著陸器和探索車，都可以裝載在內(nèi)。

反物質(zhì)燃料飛船的動(dòng)力將是最高的，推力也是最高的。原子彈的核反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化，只有百分之三，而反物質(zhì)卻能達(dá)到百分之五十，甚至全部轉(zhuǎn)化為能量。物理學(xué)家形象地比喻道：一片藥片那么大的反物質(zhì)的能量，可供一艘飛船飛行幾百光年。

反物質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)的飛船自身攜帶反物質(zhì)燃料。它如同一個(gè)哲學(xué)家，深入質(zhì)子的內(nèi)部，辨別分清每一個(gè)可以利用質(zhì)子中的反質(zhì)子。反物質(zhì)飛船能以第三宇宙速度航行。若要實(shí)現(xiàn)人類載人火星探索的偉大夢(mèng)想，飛船需要幾噸化學(xué)燃料；若使用反物質(zhì)，僅需幾十毫克，比一塊方糖還輕。

反物質(zhì)飛船前景光明，但缺點(diǎn)也很大。它在產(chǎn)生巨大能量的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生危害性極高的高能伽馬射線等。大量高能伽馬射線能穿透物質(zhì)，分解人體細(xì)胞的分子，對(duì)人體有害。另外，高能伽馬射線會(huì)讓發(fā)動(dòng)機(jī)本身也具有放射性，損害發(fā)動(dòng)機(jī)和飛船。人類要真正乘坐反物質(zhì)飛船進(jìn)行星際航行，還要走過(guò)一段艱難的探索試驗(yàn)的路程。

等離子特快行動(dòng)

2009年10月5日，美國(guó)阿斯特拉火箭公司宣布：“VX-200”等離子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在試車中取得了200千瓦電力。它將成為火星飛船等星際飛船的新動(dòng)力。等離子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎可以在太陽(yáng)系的任何地方加油。“VX-200”發(fā)動(dòng)機(jī)是目前世界上最強(qiáng)大的等離子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。第一臺(tái)新式等離子發(fā)動(dòng)機(jī)，預(yù)定于2013年發(fā)射，送到國(guó)際空間站使用，5牛頓的推力就足以保持空間站的軌道高度。目前國(guó)際空間站使用常規(guī)的推進(jìn)器，要消耗約7.5噸燃料。如果使用“VX-200”發(fā)動(dòng)機(jī)，僅需0.3噸燃料。美國(guó)宇航局每年因此可以節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元。

等離子發(fā)動(dòng)機(jī)，又稱為離子推進(jìn)器。它采用無(wú)線電波過(guò)熱技術(shù)，把氣體電離成離子氫氣、氬氣和氖氣。磁場(chǎng)迫使、引導(dǎo)等離子體朝正確的磁場(chǎng)方向前進(jìn)，產(chǎn)生反方向的推力，從而創(chuàng)造巨大持久的推力。由于速度快，消耗低，它比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)越得多。等離子沒(méi)有物理接觸電極，大大延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，可獲得更高的功率密度。

“VX-200”等離子發(fā)動(dòng)機(jī)分為三部分：第一部分是等離子體發(fā)生器，相當(dāng)于蒸汽機(jī)。螺旋形的等離子體射頻天線把噴出的氣體電離，生成等離子體。第二部分是射頻助推器，相當(dāng)于一臺(tái)放大器。電磁波發(fā)射巨大的能量，把等離子體加熱到幾百萬(wàn)度。第三部分是等離子加速器，相當(dāng)于一只噴口。磁性噴嘴可將等離子體的能量轉(zhuǎn)化為噴氣口的速度，從而產(chǎn)生反向的推力。在太空中，0.45千克的推力可以推動(dòng)2噸重的飛船。

等離子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力可以將飛船送往火星或更遠(yuǎn)的星球。“VX-200”發(fā)動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生10～20兆瓦的動(dòng)力，推動(dòng)飛船前進(jìn)。人類向火星的飛行，傳統(tǒng)的火箭需要6個(gè)月或以上，等離子體飛船只需要短短的39天。

太陽(yáng)光吹動(dòng)船帆

早在400多年前，德國(guó)著名天文學(xué)家開(kāi)普勒就設(shè)想利用太陽(yáng)光進(jìn)行宇宙航行。俄羅斯航天理論家齊奧爾科夫斯基等也認(rèn)為人們可以利用太陽(yáng)光的光壓推動(dòng)飛船前進(jìn)，而且取之不完用之不竭，無(wú)燃料成本。太陽(yáng)帆飛船是英國(guó)數(shù)學(xué)物理學(xué)家麥克斯韋提出的。太陽(yáng)帆不需要燃料，也沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)，僅以太陽(yáng)光的壓力為動(dòng)力。太陽(yáng)光就好像“宇宙風(fēng)”一樣，推動(dòng)著宇宙飛船的“船帆”，使飛船揚(yáng)帆前進(jìn)。

太陽(yáng)帆航天器的一個(gè)特點(diǎn)是：太陽(yáng)光的壓力很小，所以太陽(yáng)能接收面必須很大。太陽(yáng)帆航天器另一個(gè)特點(diǎn)是：越飛越快。如果第一天時(shí)速只有160千米，100天后的時(shí)速將達(dá)到16000千米，如果它持續(xù)飛行3年，速度會(huì)被提升到每小時(shí)16萬(wàn)千米。

根據(jù)理論計(jì)算，大型太陽(yáng)帆的航天器最終可以以每小時(shí)24萬(wàn)千米的速度前進(jìn)。這個(gè)速度要比當(dāng)今以火箭推進(jìn)的最快航天器還要快4～6倍，比第二宇宙速度快6倍，比第三宇宙速度快4倍。這是人類不敢想象的速度。一些科學(xué)家稱：太陽(yáng)帆是人類星際旅行的唯一方式。

日本、俄羅斯和美國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了很多年的研究，取得了很好的成就，描繪出太陽(yáng)帆的美麗藍(lán)圖。2004年，日本首次成功發(fā)射太陽(yáng)帆。也許再過(guò)10年，各種太陽(yáng)帆航天器將飛向太空和其他星系。

未來(lái)的太空飛行器將有很大不同。宇宙飛船專家和工程師根據(jù)宇航原理設(shè)計(jì)了很多新型的、漂亮的、富有想象力的宇宙飛船。

宇宙在時(shí)間上是無(wú)限的，在空間上也是無(wú)限的，人類的想象力和創(chuàng)造力更是無(wú)限的。太空期待著人類的智慧、科技和想象，照亮宇宙航行的道路。