人類的太空探索距離受限於哪些因素?

時間 2021-06-04 09:20:40

1樓:王時舟

從能夠觀察角度衡量,是受限於觀察裝置,是各種天文望遠鏡,光學的或射電的。從有人或無人的宇宙飛行器角度衡量,是飛行器的速度太慢,時間太長。

2樓:老粥科普

我們為什麼要從事星際旅行?我們飛出太陽系的目的是什麼?如果只是進行太空探索,看看太陽系之外到底有什麼,就大可不必派人去,像旅行者1號、2號那樣,未來發射一些更強大的無人探測器完全可以達到目的。

所以太空飛行員飛出太陽系的目的只能是進行星際移民,到太陽系之外創造乙個新家園、播撒人類文明的種子。

距離太陽系4.2光年外的比鄰星b並不是個好去處,因為比鄰星是個脾氣暴躁的紅矮星。更適合人類居住的地方或許是距離太陽系12光年的天倉5(Tau Ceti),目前已知它的大小與太陽相當,有5顆行星,並且其中有2顆處於宜居區內,這裡或許是我們更好的歸宿。

這種飛船也許只在科幻電影裡才會出現,因為需要保障若干名太空飛行員至少數千年的生存與繁衍,所以它至少需要像一座太空城市一樣龐大。它也許有500公尺寬、1000公尺長,質量超過1000萬噸。建造如此巨大的飛船對於今天的人們來說是不可想象的,或許幾千年後我們的後代可以做到。

驚人的速度

為了能夠盡量縮短太空旅行的時間,飛船需要極快的速度,甚至達到光速的1%(3000公里/秒),這是乙個極其驚人的速度。旅行者1號目前的速度是16.9公里/秒,它是通過木星及其它行星的重力輔助(引力彈弓)效應才達到如此快的速度。

為了獲得更快的速度,縮短飛行時間,825.5千克的旅行者1號需要盡量靠近木星,通過木星的引力作用將它彈射到深空。

(旅行者1號通過木星和土星的引力彈弓獲得加速)

旅行者1號能做到的事,我們未來的飛船做不到,它太龐大,任何行星引力的潮汐作用都可以將它撕扯成碎片,更不用說飛船裡活生生的太空飛行員了。星際旅行的飛船需要與行星保持一定的距離,這是飛船的洛希極限。

龐大的能源需求

星際旅行無法依賴太陽能,深空是乙個暗淡無光且極度寒冷的地方,所有的飛行器都需要自帶電源來為裝置進行供電。

旅行者1號、2號各自攜帶了3組放射性同位素熱電發生器(RTG),它們可以在發射初期為太空飛行器提供約470W的電能。因為核電池都具有半衰期,所以電池輸出的電能會隨著時間的流逝一點點減少。

為了滿足太空飛船巨大的能源需求,未來太空旅行需要強大的核聚變發電系統,這或許不是問題。問題是在高速飛行的全程中,能源是得不到補給的,所有的燃料都必須隨船攜帶。同樣得不到補給的還有全船人一切的生活所需。

將1噸的物質加速到光速的1%至少需要消耗12.5太瓦小時的能量,10000萬噸的飛船需要1.25億太瓦小時,這大約相當於目前全球年能源消耗量的1000倍。

防護盾

太空旅行充滿風險。這裡不僅有強烈的太陽輻射、宇宙射線,還有細小的塵埃。較大的碎片極少見,但它們卻更具有破壞性,要知道不僅在柯伊伯帶有數以億計的小行星和撞擊碎片,在奧爾特雲中的冰粒和小天體更是難以計數。

它們中的絕大多數都不可探測,但其中任何乙個小碎片撞擊飛船都將造成災難性的後果。

為了保證人員和飛船本身的安全,同時又不犧牲飛行速度,未來的星際飛船需要安裝先進的防護系統,它不僅可以阻止宇宙射線損害人員健康、破壞電子裝置,還要能抵擋強烈的意外撞擊。

人的生存不僅需要水、空氣、食物和空間,還需要一套極其複雜的生命保障系統。在飛出太陽系的漫長旅行過程中,人類生存和繁衍的條件比地球上要更為苛刻,失去重力不僅將帶來一系列健康問題,使我們的機體退化,狹小的空間還會造成嚴重的心理障礙,這一切都需要加以解決,而解決這一切同時意味著極高昂的成本。

我們的太陽系在浩瀚銀河中不過是微不足道的乙個小光點,但對於人類來說它卻是極其巨大。

旅行者1號深空探測器花了42年時間才剛剛飛出日光層,理論上它還需要4萬年才能飛出太陽系,未來人類要想進行深空旅行無疑是一項遙遠而艱鉅的任務。

在太空中旅行將需要獲得水、食物、空間、人、建築材料、能源、運輸、通訊、生命支援、模擬重力和輻射防護等等,所有的這一切都需要裝進乙個龐大的宇宙飛船裡,建設這樣乙個飛船不僅需要極先進的技術,還需要極龐大的資本投資。

總之,它是一艘未來之船,我們所能做的是幻想一下。

幻想很容易,不是嗎?

3樓:廖小師

錢!錢!錢!

2023年,霍金支援了乙個名叫「突破攝星」的專案。開發奈米飛船,將複雜的重量極輕的晶元置於由地球上許多高能雷射束驅動的帆上。霍金聲稱,可以在一代人的時間內開發奈米飛船。

用1000億瓦的雷射能量作為驅動,它能以1/5的光速在20年內到達距離我們最近的恆星系統——半人馬座。

然而每座核電站的成本都高達數十億美元,但只能產生10億瓦的電力。

奈米飛船需要足夠強大、足夠精確的1000億瓦雷射庫,資金是最大問題。

回顧歷史,太空探索始終都圍繞兩個字:成本。把任何一件1磅重的物品送到近地軌要花費1萬美元。

如果計算把你送入太空軌道所需的費用,去月球花費大約為每磅10萬美元;去火星的費用更高,大約為每磅100萬美元。因此,把一名太空飛行員送到火星的總費用大約為4000億~5000億美元。

馬斯克現在所做的一切也都是降低成本,降低成本,降低成本。

什麼時候成本大幅度降低,什麼時候資金非常充裕,太空探索就可以再往前邁一大步。

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