一周內追上旅行者1號,我們能見到如此快速的航天器嗎?科學家:有希望

迄今為止距離地球最遠的航天器就是1977年所發射的旅行者1號了。

當年,太陽系的四顆氣態巨行星都在向太陽系的一側軌道靠攏,這意味著人類擁有了一次絕佳的沖出太陽系的機會,因為此時發射航天器可以依次利用四顆巨行星的引力彈弓效應進行加速,從而獲得極高的速度。

在這樣的背景下,旅行者1號和2號相繼發射升空了,現在旅行者1號已經到達了距地球226億公里以外的地方,成為了距離地球最遠的人造物體。我們還有希望再次見到旅行者1號嗎?有希望,那就是再造一艘更快的航天器追上它。這聽起來就很是科幻,似乎并不像是我們有生之年可以看到的,但事實上它真的有可能實現。

現階段人類沖出地球依靠的還是化學動力火箭,而且可以預見在很長一段時間之內,人類都要依靠化學燃料助推火箭升空。

化學燃料有著兩個最為主要的問題,其一就是想要進一步提升發射速度是很難辦到的。化學燃料本質上就是扔東西,通過燃燒將物質以氣體的形式噴射出去,從而獲得向另一個方向移動的動能,顯而易見,東西扔得越快,火箭的發射速度也就越快,然而化學燃料所能夠產生的能量是有限的,所以火箭氣體的噴射速度不可能無限提升,可以說現在的化學動力火箭的噴射速度基本已經接近極限了,既然不能夠進一步提升扔東西的速度,那麼火箭的發射速度自然也就不可能得到提升。

化學燃料的第二個問題是太重了。

要想讓宇宙飛船飛得更快更遠,就必須要攜帶更多的燃料,而由于化學燃料本身很重,所以帶得越多,浪費就越大,因為多帶一份燃料就意味著要多花一份燃料才能推得動。化學燃料有著如此兩個難以逾越的缺點,而我們現在又只能依靠化學燃料來實現我們的航天夢,那麼我們憑什麼說有希望能夠追上旅行者1號呢?我們憑借的是光,當然這并不是指我們心中的那道光,而是客觀存在的光。光是什麼?對于我們而言,光是一種看得見但摸不著的東西,所以我們很容易便會忽略了它的本質屬性。

光,看似虛幻,但卻是實實在在的物質,每一束光都是由無數的光子所構成的。

光子雖然沒有靜止質量,但它們的粒子性決定了它們照射到一個物體上時會對這個物體產生推力。既然光能夠產生推力,那麼利用光的推力自然也就能讓宇宙飛船動起來,當然這還需要一個特殊的裝置,那就是光帆。宇宙飛船上的光帆就類似于船上的船帆,不同的是這一次的動力來源不是風,而是光。光子這一點點的推力真的能夠推動飛船嗎?2019年6月,獵鷹重型火箭搭載LightSail 2發射升空,7月23日這個航天器在太空展開了自己的太陽帆,并成功被太陽的光芒所推動。

LightSail 2證明了光帆航天器是可行的,但同時也證明了想要依靠太陽光實現星際遠航是辦不到的。

因為太陽光太弱了,它雖然能夠通過光帆推動航天器前行,但速度終究有限。不過沒有關系,太陽光不行,我們還可以使用激光。早在2016年,理論物理學家霍金就與俄國富豪尤里·米爾納一起提出了「突破攝星」計劃,而這一計劃的提出就是參考了賓夕法尼亞大學巴加廷教授團隊的模擬研究。巴加廷認為,如果能夠用更強大的激光束來代替陽光,就有希望將航天器的速度提高到相對論級別。巴加廷在論文中描述了一種直徑3米,厚度僅為100納米的光帆,其總質量不足1克。

通過模擬實驗,如果這張設想中的光帆只是搭載一枚芯片大小的探測器,在地球上發射激光束來對其進行推動,那麼則能夠將這個航天器加速到光速的20%。

20%的光速是個什麼概念呢?讓我們把旅行者號與地球的距離用光時來進行表示,大概就是21.5光時,也就是以光速行進21.5小時所經過的距離,所以若是以20%的光速來追,只需要107.5小時就可以追得上,連一周都用不了。目前,光帆飛船在理論上是可行的,而要想讓其變為現實,還需要解決一些技術問題,比如光帆的散熱,要知道,如果光帆的散熱不好,長時間的激光照射很可能導致光帆損毀,不過這都是可攻克的技術問題,所以光帆飛船的問世應該只是時間問題。

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