宇宙中飞船怎样前进?宇宙是真空,没有反作用力啊!

宇宙中飞船怎样前进?
宇宙是真空,没有反作用力啊!

火箭推进理论是航天理论的基础之一.火箭发动机是一种推进工具,它能提供强大动力,使航天器达到所需要的宇宙速度.它的工作是基于直接反作用运动的原理,这一原理特别有利于高速航行.
那么什么是直接反作用运动呢?
按照牛顿力学基本定律,两个相互作用的物体,其作用力与反作用力总是同时存在,它们的大小相等,方向相反.因此,任何一种移动,广义地说,都是反作用运动.举两个例子：一是轮船,由于船的叶轮作用在水上,水的反作用力使船前进；二是喷气式（飞机）发动机,由于发动机中的燃料燃烧,膨胀的燃气高速向后喷出,发动机便得到与燃气喷出方向相反的推力而向前运动.
以最一般的观点去研究产生推力的现象时,上述两种运动没有任何区别,它们都是在反作用力的推动下运动的.但是,从反作用力产生的特征来看,二者是有区别的：在第一个例子中,发动机本身不能引起运动,它仅是个能源,若船上有发动机而没有叶轮,那么,发动机的功率再大,船也是不能运动的.因此,除了发动机（能源）外,有着一个介于发动机和外界某物体（如本例中的水）之间的中间机构,它与外界某物体相互作用,井承受由此产生的反作用力.这种中间机构,通常称为推进器（如本例中的叶轮）；在第二个例子中,没有中间机构,推力是由燃气对发动机本身的反作用产生的.我们把前一种类型的运动称为间接反作用运动,后一种类型的运动称为直接反作用运动.当然,也有直接与间接反作用运动并存的混合式,如：涡轮螺浆式发动机,发动机能量的一部分传给螺旋浆（推进器）,另一部分,则产生燃气流的直接反作用运动.
喷气推进属于直接反作用运动.那么什么是喷气推进呢?将物质以气体喷射的形式从被推进的物体中喷出,这种推进方式称为喷气推进.
喷气推进所喷射的物质叫做推进剂；利用喷气推进产生推力的发动机,叫做喷气发动机.运动时,相互作用的物体,一个是发动机本身,另一个是从它内部喷出的高速气流.高速气流产生的反作用力作用于发动机本身,方向与气流方向相反,这就是推力.
喷气发动机分为两大类：
一是空气喷气发动机,它是利用大气来产生喷气射流的喷气发动机.例如：以大气中的氧气作为氧化剂,燃烧燃料产生燃气射流；或在核子热交换器中加热空气,然后由喷管排出；
二是火箭发动机,它是自身携带全部喷射物质的喷气发动机.例如：带有氧化剂和燃烧剂以产生燃气射流.
火箭发动机所达到的推力和速度远远超过了一般的推进方法.这种发动机不依赖周围介质条件,在空间环境也能工作,这一特点,保证了在不同飞行速度下,发动机产生的推力不受空气接受能力的影响,而是恒定的,这也使得火箭（发动机）所能达到的飞行速度比其它任何类型发动机要高得多；其次,由于是直接反作用运动,没有中间机构,在主要的喷射通道中不存在限制工作温度的运动机构,这就决定了火箭发动机的结构简单,而所产生的推力却很大.
关于这个,有很多新方法,不同于我们所认知的燃料推进法,你看看
据美国《世界网络日报》17日报道,美国华盛顿大学的太空科学家正在研究一种全新的太空船推进办法———磁化等离子束推进系统.如果这一方法研制成功,那么宇航员往返火星一趟所需时间将从两年半缩短到仅需90天,人类在太阳系内的旅行将成为家常便饭.
“等离子”造“快车道”
华盛顿大学地球和太空科学教授罗伯特·温格利领导的研究小组正在研究一种磁化等离子束推进系统.这一新的太空船推进办法如果被证明可行,将可以大大缩短人类来回火星和其他太阳系星球的时间.
这一推进系统的工作原理是,在太空譬如地球轨道上建一个可以发出强大磁化等离子流的空间站平台,空间站平台上发出的等离子流将与太空船上的磁性帆互相作用,推动太空船在太阳系内高速飞行.太空船的速度将随着等离子束的强度大小而变化.
据温格利估计,在太空中建一个直径32米宽的等离子流喷嘴,就能够产生强大的等离子束,足以推动太空船以每秒11.7公里的速度高速飞行.这一速度相当于每小时42120公里,每天约100万公里.
往返火星只需90天
据报道,火星距地球平均大约7728万公里左右,这一距离将随着两颗行星围绕太阳轨道的变化而增大或缩小.如果采用目前的常规技术,宇航员往返火星需要两年半时间.如果太空船以每天约100万公里的速度飞行,那么人类最少只要76天就可以抵达红色星球.而目前正在研究的新推进系统速度比这还要快得多,据估计,将来宇航员往返火星一次,最多只需花上3个月时间.
5年内进行首次测试
不过,要让如此高速的太空飞行成为现实,在太空之旅的目的地还必须建立另一个磁化等离子束平台.这样,这个“目的地磁束”才可以对太空船进行减速作用,让太空船在目的地准时“刹车”,而如果没有这个“刹车”系统,高速飞行的太空船很可能会飞往“爪哇星球”.
温格利教授对记者称,如果磁化等离子束推进系统研制成功,那么人类将可以在太阳系内各个遥远区域建立多个等离子束平台,人类在太阳系内的快速旅行将成为家常便饭.
温格利教授承认,在太阳系各处建立众多发射磁化等离子束的空间平台一开始将耗资巨大,至少需要数十亿美元的投资.但这一新的太空推进系统将大大减低太空船的代价,因为太空船将再也不需要携带自己的推进系统了.
据温格利教授称,如果该计划获得政府足够的经济资助,那么第一次“磁束推进太空船”测试任务将可能在5年内进行.
美国总统布什去年初批准了美国NASA利用核动力太空船探索火星的计划,其实早在上世纪50年代末,美国政府就开始了秘密研制核动力飞船的“猎户座计划”,科学家打算造一艘像远洋客轮般庞大、至少可以搭载40名宇航员的巨无霸太空船,用数千枚小型核弹作动力,将其送往火星、木星或土星.然而,由于各种原因,“猎户座计划”在1965年被美国政府秘密叫停,近40年来,“猎户座计划”一直被美国政府列为高级机密,一些文件至今仍未解密.






125天往返火星
据报道,美国政府的“猎户座计划”最早发起于1958年,当时正是冷战早期、美苏刚开始太空争霸的时候.“猎户座计划”正是在这种背景下发起的,美国科学家计划造一艘像远洋巨轮般庞大的太空船———“猎户座”,并用数千枚小型核弹做动力,将这艘至少可以乘载40名宇航员的太空船送往火星、木星或土星.根据计划,“猎户座”太空船只需125天就能往返火星,飞船上可以携带100吨设备和食品,如果换成常规的火箭推进飞船,这简直是不可能的事.在美国科学家的最初计划中,“猎户座”太空船将在1970年载着宇航员抵达土星,“猎户座计划”聚集了当时世界上最优秀的科学家.
数千枚核弹做动力
据报道,“猎户座”太空船的工作原理是∶让太空船携带数千枚小型核弹,当飞船需要动力时,宇航员就从船尾释放出一颗核弹,接着再释放出一些由含氢塑胶制成的固体圆盘,当飞船驶出一定距离,核弹将在飞船后面爆炸,蒸发掉塑胶圆盘,将其转化成高热的等离子浆.这些等离子将会向四面八方冲击扩散,其中一些将会追上太空船,撞击太空船尾部巨大的金属推进盘,从而推动太空船高速行驶.事实上,这些等离子的推动力将非常猛烈,它们将会使飞船产生令人难以承受的加速度,因此,太空船上将设计一个震波吸收系统,冲撞到金属推进盘上的能量可以被储存起来,并逐渐被释放出去.
太空船有60层楼高
在泰勒等科学家的计划中,“猎户座”太空船将从美国内华达州杰克斯平地核测试地点被发射升空,“猎户座”太空船将有60层楼高,外型有点像颗子弹头,太空船尾部的推进盘直径将达41米,发射平台将由8个高达76米的发射塔组成.当太空船被发射升空后,太空船尾部每隔10秒钟就要爆炸一颗相当于2万吨TNT能量的小型原子弹.
“猎户座计划”半途流产
“猎户座计划”几乎没有任何明显的技术缺陷,然而,它却有一个最大的弱点,那就是它依赖于原子弹爆炸做动力,当它飞出大气层时,必将释放出核辐射尘污染地球环境.这也正是“猎户座计划”后来胎死腹中的原因之一.
1965年,美国空军要求NASA一起投资“猎户座计划”,NASA却以资金已全部投入“阿波罗计划”为由加以拒绝,美国空军随即宣布终结对“猎户座计划”所有投资,历史7年之久的“猎户座计划”正式死亡,此时,美国政府已对这项匪夷所思的秘密太空计划白白投入了成百上千万美元.
近40年来,美国政府对“猎户座计划”一直守口如瓶,所有参与该计划的科学家也很少谈及此事,许多文件至今仍被列为国家机密,未能解密.