关于量子真空推进器是否属于“无反冲推进器”,目前存在争议——因为它实际上是在“生成”反冲质量(而非依赖携带的推进剂)。
由于这种推进器似乎明显违反了能量守恒和动量守恒定律,且可能构成一台简单的永动机,它通常被归类为克拉克科技。
在概念上,量子真空推进器与更广为人知、研究时间更近的电磁推进器(EMDrive)非常相似,但量子真空推进器的相关讨论仍在继续。对于希望深入了解该领域的人来说,《世纪梦想》杂志多年来发表了多篇关于其变体设计的文章。
加粗-类星体推进器
类星体推进器是一种“放大版”的黑洞推进器,能够移动行星甚至整个星系,是目前已知设想中用于移动大型天体的“终极引擎”——它不仅能以比希卡德推进器更快的速度加速恒星类天体,还具有更高的效率,能使天体达到更快的最终速度。
类星体推进器的工作原理如下:
1.核心部件:以一个带电黑洞(人工制造或天然存在)为核心;
2.结构搭建:在黑洞周围构建一个大型结构,通过磁场与黑洞连接;
3.能量产生:向黑洞中注入物质,物质在落入黑洞的过程中会释放出巨大的能量(这与大型黑洞发电机的能量产生原理相同);
4.推进实现:利用这些能量驱动推进系统,使黑洞(及其连接的天体)达到光速的一个可观比例。
“类星体推进器”的名称来源于“类星体”(Quasar)——这是一种在许多星系中心发现的、由物质落入超大质量黑洞而产生的超亮天体,其亮度通常是整个星系的数千倍。
如果谨慎使用,安装在星系中心超大质量黑洞上的类星体推进器能够推动整个星系——尤其是当星系中分布有多个此类推进器时,它们通过引力相互作用,共同“拖拽”星系前进。
对于一个足够先进的文明而言,这种技术可能使他们能够在一个广阔的空间区域(如一个星系超团)内对抗哈勃膨胀(宇宙膨胀),甚至可能影响周围数十亿光年范围内的天体。
不过,推进的距离越远,所需消耗的星系质量就越多——因为哈勃膨胀的速度会随着距离的增加而加快,大致每十亿光年的距离,膨胀速度就会增加光速的7%左右。
配备类星体推进器的“行星飞船”,是实现星系间殖民的一种可行方案——即使目标星系距离超过十亿光年,也能通过这种推进器抵达。
加粗-无反冲推进器
牛顿第三定律指出:“每一个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力”——这一定律对太空飞行至关重要,但也对其构成了严格限制。
目前所有的现代航天器都遵循这一定律:通过排出推进剂来提供“反冲质量”——物质以高速从航天器尾部喷出,从而推动航天器向相反方向运动。这些喷出的粒子具有特定的质量和速度,质量与速度的乘积即为动量——根据动量守恒定律,航天器会获得等量的反向动量。
这一过程意味着航天器必须携带大量推进剂,而每增加一份推进剂,又需要额外的推进剂来推动它——这就是我们常说的“火箭方程的暴政”。
在非真空环境(如大气层)中,我们可以通过“借力”来规避这一限制:
·行走时,我们通过蹬地获得反冲力,地球会因此产生极其微小的反向运动;
·飞机燃烧燃料,但通过吸入空气并将其向后推出获得反冲力。
然而,在真空中,这些“借力”方式都不可行。即使是依靠外部光子或物质反射获得推力的航天器(如激光帆),虽然规避了火箭方程的限制,但本质上仍在利用外部物质作为“反冲质量”——这与我们蹬地行走、飞机吸入空气的原理类似。
因此,真正的“无反冲推进器”——即不依赖任何反冲质量(无论是携带的还是外部的)就能产生推力的装置——通常被归类为克拉克科技。
在航天器推进的相关设想中,可能被归为无反冲推进器的包括阿尔库比勒曲速推进器、直径推进器、电磁推进器、燃料推进(此处原文表述可能存在误差,结合上下文应为“基于燃料的特殊推进方式”)、引力偶极子推进器等。
加粗-电阻加热喷气发动机
电阻加热喷气发动机是电动推进的一种实例,其工作原理如下:
1.电源提供电能,电流通过电阻产生热量,使电阻丝达到白炽状态(与传统白炽灯泡的灯丝发热原理相同);
2.白炽的电阻丝加热一种惰性物质,该物质受热后成为火箭推进剂;
3.受热后的推进剂以高速从发动机尾部喷出,产生推力。
电阻加热喷气发动机已在卫星上应用数十年,其主要优势在于:
·比冲适中:比冲性能与氢燃料相当,具有较好的推进效率;
·安全性高:使用惰性推进剂,安全性与冷气推进器相当。
因此,它非常适合用于航天器的小幅轨道修正和长期运行(可在数年时间内持续工作)。
此外,电阻加热喷气发动机还可与放射性同位素热电发生器(RTG)或太阳能电池板等电源配合使用。
需要注意的是,与同类的电弧喷射火箭和微波电热推进器相比,电阻加热喷气发动机的效率较低。
加粗-可重复使用火箭
尽管关于火箭技术的许多讨论都集中在研发具有更高排气速度的优质燃料或更先进的推进系统上,但在当前及过去的很长一段时间里,现代火箭和太空发射的成本主要并非来自燃料,而是来自火箭箭体本身。
火箭箭体需要经过精密制造,具备极高的强度,以承受发射过程中巨大的力、压力、振动和高温。因此,降低太空旅行成本的一个主要思路是:
·回收并重复使用火箭箭体;
·将轨道上剩余的助推器外壳改造为空间站组件。