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关於反物质製造的基本理论和技术,可观看我们的“反物质工厂”
节目。
假设我们能够製造並储存反物质,那么將反物质与等量普通物质相结合,通过类似火箭喷管的装置利用磁场进行喷射,就能形成一种排气速度达到光速的光子火箭。
理论上,像“瓦尔基里”
这样的反物质太空飞行器,速度有望达到光速的92%。
在这一速度下,太空飞行器上的船员每经歷不到10小时,地球上就会过去一天;太空飞行器上度过40年,地球上则会过去一个世纪。
因此,在已知科学理论框架下,反物质通常被认为是能量最强的火箭燃料。
然而,由於反物质在自然界中极为稀有,且製造和储存难度极大,人们常常会考虑更经济的反物质利用方式,例如反物质消融光帆和反物质催化核聚变。
电弧喷射火箭
电弧喷射火箭(也称为电弧喷射推进器)是一种电动太空飞行器推进方式,常用於小型太空飞行器,因其结构简单、体积小巧。
电弧喷射火箭通过一对电极產生电弧(与传统电弧焊枪產生的电弧类似),电弧会使推进剂汽化並將其向后推送。
电弧与推进剂隨后会转化为等离子体,继续向后穿过推进器,並在阳极和阴极的作用下加速。
这是一种低推力、高效率的火箭类型——在任意时刻產生的推力都非常小,但排气速度极高。
氨是电弧喷射火箭中常用的推进剂,其排气速度通常为9000米秒,是典型化学火箭的两倍多。
与同类的电阻加热喷气发动机相比,电弧喷射火箭的效率通常更高,但两者都存在耐用性和寿命方面的问题,尤其是电极易受损。
无电极设计(如脉衝感应推进器)正试图解决这一问题。
偏差推进器
偏差推进器是“克拉克科技”
发动机的一个例子,其工作原理並非扭曲时空,而是局部改变宇宙的物理常数——在这种情况下,是改变太空飞行器前后方的引力常数,使太空飞行器本质上“落向”
目的地。
目前,我们尚无改变物理常数的方法。
而且,即便偏差推进器能够正常工作,太空飞行器中心也可能会產生奇点。
不过,这类太空飞行器在从a点移动到b点的过程中无需消耗任何燃料,並且偏差推进器似乎能为製造发电和供能的永动机提供可能。
当然,也完全有可能,改变物理常数的技术仍然需要遵循能量和动量守恆等物理定律。
黑洞推进器
黑洞推进器是一类假想的太空飞行器推进方法,其应用范围广泛,既可以利用天然黑洞为太空飞行器加速和改变航向,也可以“操控”
黑洞来移动整个恆星系统
其中最广为人知的一种设计,是利用质量在亚百万吨级的微型黑洞產生的霍金辐射来工作。
其他方法还包括利用彭罗斯机制或类似原理,將物质注入黑洞(通常假设是质量超过百万吨级的微型黑洞),在物质下落过程中,其20%至40%的质量能量会以辐射形式释放出来,从而获取能量。
通过这种方式从黑洞获取能量,在技术层面上並不复杂,本质上与其他核反应过程类似,都是吸收黑洞释放出的高能光子。
人们认为,可以利用磁场將这类黑洞与太空飞行器或空间站连接起来——黑洞既能產生磁场,也会与磁场相互作用。
关於黑洞在太空飞行器中的其他用途,可观看我们的《黑洞飞船》节目,其中还探討了將黑洞用作太空飞行器的动力源、为光子火箭供能、驱动巨型雷射推进光束(就像我们为雷射帆和推进中继站设想的那样),甚至將黑洞用於“弹弓效应”
,让太空飞行器围绕黑洞做圆周运动以达到高速等应用场景。
布塞曼衝压发动机
布塞曼衝压发动机的核心设计理念是:宇宙空间中充斥著大量电离气体粒子(其中大部分是氢),这些粒子是现成的核聚变燃料。
如果能够利用磁场捕获这些粒子並將其吸入太空飞行器,就能將其用作燃料。
之所以被称为“衝压发动机”
,是因为它与吸气式衝压发动机的工作原理有相似之处——都是吸入介质(前者吸入星际气体,后者吸入空气),对其进行超高温加热后再从后方喷出。
不过,在布塞曼衝压发动机中,加热气体的能量来源於气体自身的核聚变反应。
要引发这种核聚变,需要以相对论速度吸入星际气体,並將其强力压缩至太空飞行器的“喉部”
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