什么是电火箭?用它可实现光速飞行吗?

什么是电火箭?用它可实现光速飞行吗?

电火箭和太阳能火箭有什么用途
新闻来源：互联网 作者：未知 日期：2006-3-20 8:46:00 点击数：51

目前我们使用的火箭被称为化学火箭,都是依靠化学燃料作推进剂所产生的喷气来推动其前进的.
20世纪60年代初,科学家就开始研究电火箭和太阳能火箭.
电火箭的关键设备是有一台发电机和一套电子加速器.它利用发电机产生的电能,以电子形式释放出来,并在加速器中得到加速,最后从火箭尾部喷出,来产生推力.从理论上说,电火箭完全可以取得化学火箭的同样效果.但实际上,由于电子的质量很小,它所产生的推力十分微弱,远不能与化学燃料所产生的喷气相比.若要让它产生和化学火箭一样大的推力,就要配备一套十分庞大而笨重的发电设备和电子加速装置,这又将大大加重火箭的重量,显然行不通.
不过,科学家认为电火箭有它潜在的优势,它可以长时间地连续运行,不像化学火箭那样寿命很短.因为化学箭燃料消耗非常大,燃料耗尽,它的寿命也就终结.而电火箭几乎可以不用担心有用尽的时候,它还有能多次启动和控制的优点.
在目前的技术条件下,虽然电火箭还无法承担把卫星或载人飞船送上太空的任务,但它却适宜在太空无重力环境下工作,如调整卫星或其他航天器的运行姿态,让其把卫星推回原来的轨道.在太空中物体均处于失重状态,所以无须太大的力量就足以推动卫星,这对于电火箭来说是完全能够胜任的.1968年,美国首次将一组4个彼此相隔的90°的微型电火箭安装在一个同步卫星上.尽管这些电火箭只能产生几克至几十克的推力,但已足以保证同步卫星的正常运行.
电火箭还被用于卫星的变轨飞行,如让卫星从数百千米的高度飞到36000千米的同步轨道上.它也可用于推动飞船向更遥远的星星进发.但由于它的加速度很小,使飞行时间延长,因而不宜用于载人飞行.
人们还设想利用太阳能作为火箭的动力.经过20多年的研究,1988年,美国火箭达因公司试制成了世界上第一台太阳能火箭的样机,并在爱德华兹空军基地进行了地面试验.
与太阳能汽车、太阳能飞机不同,太阳能火箭不是首先把太阳能转化为电能,再由电能去驱动电动机,带动火箭飞行；而是利用太阳能直接加热被称为工作介质的氢,使氢受热膨胀,从喷管中迅速喷出来,产生推力,推动火箭飞行.因此,这种火箭无需携带笨重的电动机,更无氧化剂与燃烧室的装置.它的关键设备是在内腔室里装有一个盘状的（钅来）管吸热器.（钅来）是一种十分稀有的贵金属.它具有3180℃的高熔点,能保证它在高温条件下仍能正常地工作.另外,它还易于加工,化学性质稳定.为了提高热效,（钅来）管直径仅为0.25厘米,壁厚为0.025厘米,制作这样精细的（钅来）管自然也非易事,人们把（钅来）先制成熔液,再让其变为蒸气,沉积在预先制好的心轴表面,然后把心轴侵蚀掉,最后获得（钅来）管.
太阳能火箭的另一关键设备是太阳能采集器.美国已研制出一种薄膜制成的膨胀式抛物面反射镜,在太空中展开后它的直径可达30米,聚焦以后可提供800千瓦的热能.一枚太阳能火箭将设有两个这种反射镜,其聚焦后的阳光通过一个石英制成的窗口,照射到（钅来）管上,可把管内的氢气加热到2500℃左右喷出.
与电火箭相比,太阳能火箭的推力虽然有所提高,但目前仍然无法达到化学火箭的功效.因此,它也无法用作载火箭,仅适宜在太空中把大型的航天器从这一轨道转移到另一轨道.

光速极限
谷锐译 原文：Slaven
在读AD历险记中,你可能注意到AD的速度几乎是,但并不等于光速.这似乎有很充分的理由：远低于光速的速度相对论效应不显著.然而实际情况是超光速在物理学中是不可能的.
我会告诉你这是为什么.假想AD奋力想将他的飞船加速到光速.好,我们已经知道物质的能量与γ参数成比例,这在相对论计算中太普遍了.但你现在也会知道当物体的运动速度等于光速时,γ参数将变为无穷大.因此,为了让AD的飞船加速到光速,他将需要无穷大的能量.这显然是不可能的.因此尽管对于一个物体可以以多么接近光速的速度运动并无限制,但任何有质量的物体都不可能达到光速.实际上,没有质量的物质必须以光速运动,在此我不想讨论其原因.唯一的一种没有质量的物质是光（被称作“光子”）,或许还有中微子（不久前已经证实,中微子有质量.译者）
还有其他物体不能朝光速运动的原因.其中之一与“因果性”有关.假设我投出一个垒球并打碎了一扇窗户,那么“我投出球”就是“窗户被击碎”的原因.如果超光速是可能的,那么一定会有某种参照系,其中“窗户被击碎”先于“我投出球”发生.这导致各种逻辑冲突（特别是当窗户已经碎了之后又有人截获了飞行中的球,阻止了窗户被击碎!）因此我们将物体能超光速运行这种可能性排除了.更进一步,因果性排除的不仅是朝光速运动,更排除了任何超光速通讯.
光速,就我们所知而言,是一道不可逾越的障碍.
如果你和我一样是个科幻迷,这将是一个坏消息.几乎可以肯定,在除地球之外的太阳系中不存在有智慧的生命.然而恒星间的距离太远了!我们即使以光速运行,到达最近的恒星也要花上4年时间.所以没有比光快的交通手段,将很可能无法在银河系中游荡并与异型文明相遇,为争夺银河系的帝位而站,等等.
另一方面,由于长度收缩,或许情况并非那样令人绝望.假设你登上一条飞船,以接近光速飞往10光年以外的一颗恒星.从地球的参照系看来,这个旅行将持续10年.然而对于这次旅行中的乘客而言,长度缩短了.因此这个旅行只用了不到10年的时间.并且飞船飞行得越接近光速,（相对于地球和恒星的）长度收缩得也越多（你也可以从时间膨胀的角度考虑这个问题）.
为了说明这点,这里有一个表,标明以不同的速度到达不同目的地所需要的时间.让我解释一下它们的含义：

首先,为了能产生显著的长度缩短,我们必须非常接近光速.因此我假设在旅行中飞船可以产生一个稳定的加速度.这也就是说,飞船内的人将感受到一个连续的加速度.例如,前半程以1g（g为地球的重力加速度.译者）加速,后半程以1g减速.
第二列以光年为单位给出了地球距离我们目的地的距离（一光年是光在一年内传播的距离,大约是6万亿英里）.我加入了三种不同加速度的计算,一种较小,另一种较大；剩下的一种与地球的重力加速度相等.加速度为2g的旅行可能会非常不舒服,因此或许你根本不用再考虑所有比这更大的速度.
第四列列出了最大速度（在中点处,当飞船正要转入减速运动时）与光速的比值.最后两列给出了旅行所需要的时间.首先以地球为参照系,然后以飞船为参照系.其中的差别很重要.我的意思是,如果说你乘飞船以2g的加速度飞往猎户座,在你到达猎户座之前要在飞船上渡过6.8年的时间.（尽管距离很远,但“飞船时间”增加得非常慢.这是因为距离越大,在开始减速前你越能接近光速飞行,因此你得到的长度收缩越多!）但当你到达那里的时候,地球上已经过500多年了.你到达猎户座后所发出的任何信息都将在500年后到达地球,回信也是如此.因此如果人类有一天能漫步在银河系之中,不同居住点之间将处于隔绝状态.地球上的人不可能以任何常规方式同猎户座附近的人交谈.
为建造一艘可以像这样无限加速的飞船,现在看来有无穷的技术困难.这些困难可能会被证实是不可克服的,那么我们就只能在幻想的空间遨游；但如果它们是可以克服的,并且如果我们人类可以活得足够长以克服它们,那么我刚才所描述的正是依据狭义相对论的理论上（可行的）远程宇宙旅行.
当然,许多科幻小说仍然加入了超光速飞行.但它们也常常不得不在其中引入一些奇怪的概念,如：“（时空）扭曲”、“超时空”.最终的情况是：就我们今天所知的时、空而言,超光速飞行是不可能的.但如果你喜欢,你总可以寄希望于某种时空的“窗口”或一个全新的,允许物体超光速运动的物理分枝被发现.

那样,我们就可以着手建立一个大银河帝国了!