笔趣阁 > 武侠仙侠 > 让你做短视频,你科普黑暗森林 > 第164章 科幻引擎(一)

第164章 科幻引擎(一)(2 / 2)

想了解更多关于这些近乎魔法的技术,可观看我们的《克拉克科技》节目。

加粗-直径推进器

直径推进器是一种假想的克拉克科技无反冲推进器,通常设想依靠负质量运行,但也可能借助任何能够在航天器上产生有效压力差以推动航天器前进的场或力——类似大气层中的机翼利用压力差产生升力。

负质量粒子的一个特性是,它们被认为会在引力作用下排斥正质量和负质量,而正质量则会在引力作用下吸引正质量和负质量。因此:

·两个正质量粒子会相互吸引;

·两个负质量粒子会相互排斥;

·一个正质量粒子和一个负质量粒子相互作用时,正质量粒子会被负质量粒子推开,而负质量粒子会被正质量粒子吸引,最终形成正质量粒子被负质量粒子“追逐”的局面。

这种技术与引力偶极子推进器类似,二者都是利用引力作为推进所需的力或场。直径推进器是俯仰推进器的一个子类,可能会利用负能量来实现这种推进效果,并且与牵引光束非常相似——牵引光束也可能被用于航天器推进。

加粗-分离推进器

分离推进器的设计理念是:可以使一个场与其产生源分离。

从概念上讲,我们可以想象这样一种场景:在一个大型引力场附近建造一艘航天器,然后“切断”航天器与该引力场的质量梯度联系,并将引力场的“前端”重新附着在航天器前方,使航天器持续“落向”前方。

我们也可以设想其他实现方式,例如在保留物体引力质量的同时,分离其惯性质量;或是切断静电力场或磁场与其发生器的联系;甚至可能是使物体与希格斯场分离。

毋庸置疑,这类技术属于克拉克科技。

加粗-电动太阳风帆

恒星表面温度高达数千度,其强大的磁场不断搅动表面物质,导致大量粒子(主要是电离氢)从恒星表面喷射而出,这些粒子的运动速度可达数百千米

秒,这就是太阳风(对于其他恒星则称为恒星风)。

人们可以制造一张巨大且轻薄的风帆,利用这些粒子的推力前进,就像地球上的船只借助风力航行一样。不过,由于太阳风非常稀薄,即便使用石墨烯等轻质材料制造风帆,其尺寸也需要非常巨大,实际应用中可能并不现实。

不过,我们可以采用另一种设计:使用像头发丝一样细的导电电缆或金属线,以轮辐的形式连接在航天器主体上,通过航天器主体的缓慢旋转使这些“轮辐”保持圆形排列。这样,仅用少量细线就能形成面积相当于数平方千米的“风帆”效果。

由于太阳风中的粒子大多已电离,它们能够与电场和磁场相互作用。在电动太阳风帆的设计中,正是利用电场与这些电离粒子的相互作用来推动航天器前进。

这种推进方式仅在恒星系统内部有效,因此常与其他推进系统配合使用:在恒星系统内可借助它为航天器加速或减速,从而节省燃料。

需要注意的是,尽管所有恒星都会产生恒星风,但其粒子的数量和速度差异极大——最暗的红矮星与最大的超巨星之间的亮度差异超过10亿倍,恒星风的强度也会随之大幅变化。

此外,恒星残骸(如脉冲星)可能会产生更强的极性粒子流。星际航天器或许可以利用这些粒子流:一方面通过引力辅助获得速度和调整航向,另一方面借助粒子流的推力进一步加速。

另外,像“恒星提升”(详见相关节目)这类技术,虽然初衷是从恒星中开采物质,但也能增强恒星风,并产生密度更高、速度更快的定向粒子流——类似我们设想中用于物质束传输的粒子流。

加粗-电动力系绳

电动力系绳是一种在拥有强磁场的天体(如地球等许多行星)周围可使用的电动推进技术。

其原理是:将一颗带有阳极的卫星通过绝缘系绳悬挂在天体磁场中,电流在系绳系统中流动时,会与天体磁场相互作用,从而推动卫星远离天体(若系绳位于卫星下方)或使卫星减速(若系绳位于卫星上方)。

由于天体磁场的物理尺度巨大,要使电动力系绳发挥作用,系绳的长度通常需要达到数千米。

此外,这种技术还可以反向使用:通过系绳切割磁场产生电流,从而实现能量回收(即发电),而非将电能转化为推力。

电动力系绳常被视为为“天钩”和“旋转发射器”补充动量的一种方案。“天钩”和“旋转发射器”在帮助航天器从大气层进入轨道的过程中会损失动量,而电动力系绳能大幅减少它们对燃料的需求(详见我们的《天钩》节目)。例如,当天钩通过提升航天器进入轨道而损失部分动量和轨道高度时,它可以在数小时内利用太阳能电池板收集阳光并转化为电能,再通过电动力系绳逐步恢复失去的动量。

由于天钩本身就需要非常长的系绳,电动力系绳技术也适用于卫星、空间站的轨道维持,或是用于将航天器弹射入深空的高轨道旋转发射器。此外,在气态巨行星、恒星以及白矮星、中子星、脉冲星、黑洞等恒星残骸周围的超强磁场环境中,也可应用这项技术。

加粗-电磁推进器

电磁推进器是21世纪初因被认为可能是一种无反冲推进器或永动机而广受关注(或引发争议)的航天器推进器,因为它似乎表现出了违反动量守恒定律的特性。

2016年,美国国家航空航天局(NASA)的鹰工厂实验室制造并测试了一台电磁推进器,测试结果似乎证实了其所谓的“突破物理定律”的特性,这使得该推进器声名鹊起。然而,后续研究表明,当时观测到的现象是由测量误差导致的,且其他实验均未能复现预期结果。

由于电磁推进器被证实是一种已被证伪的技术,而非仍处于假想阶段的技术,我们不会将其归类为克拉克科技,也不再对其进行深入讨论。仅简要说明其工作原理:向磁控管供电,使微波在一个大致呈圆柱形但一端略微变窄的谐振腔内反射。理论上,微波会在较宽的一端产生较大的力,在较窄的一端产生较小的力,从而使推进器获得一个朝向窄端的净推力。

从动量守恒的角度来看,这种设计本身并无问题,但该技术声称的争议点在于:在输入相同功率的情况下,其产生的推力超过了光子火箭的理论推力上限。

加粗-排气速度

排气速度是火箭技术和航天器推进领域的关键术语,指的是推进剂粒子从火箭或航天器推进器尾部喷出的速度。

根据动量守恒定律,航天器获得的动量与推进剂喷出的动量大小相等、方向相反。因此,推进剂的质量乘以其排气速度,就是推进剂携带的动量,而航天器也会获得等量的反向动量。

这意味着:

·排气速度翻倍的燃料,能使航天器的飞行速度翻倍,或者在保持相同速度的情况下消耗更少的燃料。

大多数化学火箭燃料的排气速度在几千米

秒(或几英里

秒)量级。受火箭方程限制,航天器的最大飞行速度通常很难超过其推进剂排气速度的三倍。因此,人们一直在寻找排气速度更高的推进剂,或是能从根本上规避火箭方程限制的推进器。

在热火箭设计中,高温气体中粒子的平均运动速度取决于气体的温度和粒子质量:在相同温度下,氢等轻质量粒子的运动速度远高于二氧化碳等重质量粒子。因此,对于简单的热火箭而言,轻质量粒子通常是更理想的推进剂。

然而,包括火箭喷管在内的大多数物体在数千度的高温下就会熔化,这也成为限制排气速度的一个重要因素。不过,磁约束和离子推进器等技术能规避这一问题,并且即便使用质量较大的离子,也能实现高效推进。

推进剂的排气速度除以地球重力加速度(32英尺

秒2或9.8米

秒2),可大致得到该推进剂的比冲——比冲本质上反映了使用该推进剂的火箭在地球重力场中能够悬停的时间(以秒为单位)。

加粗-场推进

场推进是一个统称,指任何通过与外部力场相互作用来获取动量的航天器推进方式。例如:

·电动力系绳利用行星磁场实现推进;

·从电磁太空弹射器发射航天器,也属于场推进的范畴。

此外,场推进还包括一些更具假想性或科幻色彩的推进方式,如大多数引力推进器,或是利用真空能等假想外部场的推进系统。

加粗-超光速推进器

这类推进系统涵盖所有能使航天器以超光速飞行的方法,包括tas(快子)、虫洞、超空间和曲速推进器等。

由于当前已知的科学理论普遍认为超光速飞行不可能实现,这类推进技术均被归类为克拉克科技。实现超光速飞行的方法通常需要奇异物质(如负质量或虚质量),并且往往会导致时间旅行和因果律破坏等问题。

加粗-燃料

燃料是维持航天器加速、减速,或是为船上动力系统供能(以保障船员生存和设备运行)的物质。

对于现代航天器而言,大多数燃料需要与氧化剂混合燃烧,燃烧产物作为推进剂从火箭尾部喷出,从而推动航天器前进。

不过,并非所有航天器都使用传统燃料:有些依靠核反应堆、太阳能电池板、从远处传输来的能量束(如激光),或是反物质等奇异物质供能;还有一些假想中的航天器(如无反冲推进器)甚至不需要燃料。