1973,65438+10 월 영국 성간 항행협회는 애륜 본드를 비롯한 과학자 팀을 설립했다. 대달로스' 연구 프로그램에서 그들은' 대달로스' 자동우주선을 설계하여 지구에서 6 광년 떨어진 바나드 스타로 날아갔다. 우주선은 핵 펄스를 사용하여 추진되는 2 단계로 구성됩니다. 우주선의 전체 길이는 200 미터이고, 초기 질량은 5 만 4 천 톤이며, 그 중 2 급 핵연료는 각각 4 만 6 천 톤과 4000 톤이다.
수소 동위원소 네온과 헬륨 동위원소 헬륨 -3 을 연료로-270 C 의 저온에서 섞어 직경 2 ~ 4 cm 의 심지를 만든다. 동력장치가 작동할 때 연료 입자가 엔진 연소실로 주입된다. 이와 함께 수십 개의 전자빔 발생기가 고에너지 전자빔을 발사해 핵연료 코어를 함께 폭격해 온도를 수천만도까지 올리고, 네온과 헬륨 -3 의 핵융합 반응은 엄청난 에너지를 발생시켜 우주선을 전진시켰다. 초당 250 개의 코어가 연소되는 경우, 즉 코어 펄스 속도가 초당 250 회에 이르면 추력은 거의 연속될 수 있습니다.
2.05 년 근무한 후 1 단계는 2 단계와 분리되었다. 2 급 계속 작업 1.76 년, 우주선 속도가 초당 36,000km 에 달합니다. 속도 효과로 인해, 그것은 바나드 별 50 년 정도 날 수 있다. 바나드에 접근하기 몇 년 전, 한 탐사선이 바나드, 그 행성과 위성을 탐사하기 위해 풀려났다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 우주선이 발사된 지 약 60 년이 지나야' 대달로스' 우주선의 탐사 정보를 받을 수 있다.
1980 년대 초, Freeman Dixon 은 마이크로웨이브 돛으로 우주선을 추진할 것을 제안했다. 1984 년 로버트 파와트는' 별빛 빔' 우주선을 설계했다. 지름이 14 미터인 원형 돛이 있는데, 매우 가는 알루미늄 실로 만들어졌으며 무게는 20 그램에 불과합니다. 그물 돛에는 10 조 개의 알루미늄 와이어 교차점이 있으며, 각 교차점은 마이크로전자 회로입니다. 모두 컴퓨터 부품이며 감광성이며 마이크로 핀홀 카메라 기능을 갖추고 있습니다.
지구 주위를 돌고 있는 태양열 위성 발전소는 전기를 마이크로파로 변환한다. 위성과' 별빔' 우주선 사이에 프레넬 렌즈를 설치해 위성에서 나오는 마이크로파를 우주선의 돛에 집중시키고 10 조 개의 마이크로전자 회로를 열어 메쉬 돛의 전도율을 조절하여 돛의 반사 에너지를 극대화한다. 메쉬 돛에 작용하는 마이크로웨이브 빔의 광자 압력이 우주선을 가속시켰다. 과학적 계산에 따르면, 20 킬로와트의 마이크로웨이브 빔은 우주선이1.55g 의 가속도를 얻을 수 있도록 6 ~ 7 일 이내에 1/5 의 광속, 즉 초당 6 만 킬로미터에 이를 수 있다. 속도 효과로 인해 이웃 별에 도착하는 데 약 20 년이 걸린다. 마이크로웨이브 빔의 가속 시간을 연장하면 도착 시간을 줄일 수 있다.
비행 과정에서 우주선의 VLSI 모듈은 자동으로 돛의 와이어를 마이크로웨이브 안테나로 사용하여 마이크로웨이브 빔의 에너지를 수집한 다음, 사람의 눈은 망막의 감광세포처럼 대상 별의 스펙트럼 정보를 자동으로 분석하고 초당 25 장의 속도로 사진을 찍고, 그물돛을 방향 안테나로 사용하여 탐지된 정보를 지구로 돌려보낸다.
레이저로 구동되는 우주선은 태양위성 발전소의 전기로 인해 마이크로웨이브나 레이저 빔으로 변할 수 있으며, 레이저 빔은 마이크로웨이브보다 발산성이 작다. 이 때문에 1980 년대 말 로버트 파와트 (Robert Fawart) 는 마이크로웨이브 빔 대신 레이저 빔을 이용해' 별집' 우주선을 설계했다. 3 개의 동축 링으로 이루어져 있는데, 바깥쪽은 가속급, 지름 1000 km, 중간은 교차급, 지름 320 km, 내층은 반환급, 지름 100 km 입니다. 우주선의 돛은 알루미늄 막으로 만들어졌으며 두께 16 nm, 직경 3.6 km, 무게는 약 5 톤이다. 프레넬 렌즈는 레이저 빔을 돛, 직경1000km 에 집중시켜 토성과 천왕성 사이의 해일 궤도에 위치한다. 얇은 알루미늄 돛은 82% 의 빛 에너지를 반사해 4.5% 의 빛을 통과시켜 13.5% 를 흡수한다. 계산에 따르면 65 GW 레이저 빔은 우주선이 지구의 중력 가속도의 4% 를 얻을 수 있으며, 우주선은 3 년 연속 가속한 후 1 1% 의 광속에 도달할 수 있으며 약 40 년 후에 이웃 별에 도착할 수 있다.
레이저 전력을 43000× 1.0 1.2 와트로 높이면 우주선은 1/3 그램, 1.6 년 비행으로 가속할 수 있다 속도 효과로 인해 우리는 20 년 안에 E.E. 은하 10.8 광년에 도착할 수 있다. E.E. 별에서 0.4 광년 떨어진 곳에서 외층이 이동하고 레이저 빔이 회합 단계에 반사됩니다. 반대 방향으로 감속 1.6 년 후, 어떤 행성에 저속으로 착륙할 수도 있고, 저속으로 비행하여 정찰할 수도 있기 때문이다. 총 항행 시간은 23.2 년이다. 우주선이 그곳에서 5 년 동안 탐사한 후 분리 귀환 단계, 교차 단계는 태양계를 향하고, 우주선은 가속 귀환 지구, 왕복 시간 5 1 년.
광자 로켓이 광자 로켓에 의해 추진되는 우주선을 추진하는 것은 Sangl 이 1950 년대 초에 구상한 것이다. 그것은 세 부분으로 나뉜다. 앞에는 우주비행사가 일하고 생활하는 조종석이 있다. 중간 부분은 연료 탱크입니다. 뒤에는 동력 부분이 있는데, 그것의 주요 구성 요소는 거대한 오목거울로, 면적은 수십 평방미터이다. 광자 발생기는 거울의 초점에서 우주선을 고속으로 전진시킨다.
그럼 광자는 어디서 왔을까요? 물질은 원자로 이루어져 있고, 원자는 양성자와 중성자로 구성된 원자핵과 핵외 전자로 이루어져 있다. 물질마다 양성자, 중성자, 전자의 수가 다릅니다. 예를 들어, 수소 핵은 양성자이고 전자는 핵 밖에 있습니다. 헬륨원자핵은 양성자 두 개, 중성자 두 개, 원자핵 밖의 전자 두 개로 이루어져 있다. 양성자, 중성자, 전자와 같은 입자를 총칭하여 아원자 입자라고 한다. 1930 년대와 1940 년대에 과학자들은 각 아원자 입자마다 반양성자, 반중성자, 반전자와 같은 반입자가 있다는 것을 발견했다. 정입자는 정물질, 즉 우리가 매일 접촉하는 각종 물질, 반입자가 반물질을 구성한다. 그러나 지금까지 우주에서 천연 반물질이 발견되지 않아 고에너지 핵물리학 실험실에서만 몇 가지 입자를 생산할 수 있다.
과학자들은 빅뱅 초기에 물질이 에너지로 창조되었을 때 정물질과 반물질이 쌍으로 나타났다고 생각한다. 이 과정과는 달리, 정물질과 반물질이 만나면 광자를 방출하고 물질에 잠겨 있는 에너지를 방출한다. 산그의 광자 로켓은 양성자와 반양성자, 즉 수소와 반양성자의 인멸을 통해 광자를 생성하는 것으로 여겨진다.
반물질 추진 인류는 양수 및 음수 물질을 이용하여 생성된 광자를 우주선의 동력으로 인멸할 수 있을 뿐만 아니라, 그 방출된 거대한 에너지를 이용하여 우주선을 추진할 수 있다. 계산에 따르면, 무거운 1 톤의 우주선은 9kg 의 양수 및 음수 수소로 생성된 에너지로 4 톤의 액체 수소를 가열하면 10% 의 속도로 이웃 별에 보낼 수 있다. 양수 및 음수 물질의 소멸로 인해 물질은 에너지 100% 로 전환될 수 있지만 핵분열은 0. 1%, 핵융합은 0.7% 에 불과하다. 개발 중인 반물질에서 파생된 로켓 연료는 50000 ~ 65438+ 백만 초, 일반 로켓 연료보다 5 ~ 50 배 높다.
미국인 로버트 페이지 (Robert Page) 는 반물질에 의해 추진되는 은하간 우주선을 구상했는데, 그것은 은하계에서 가장 가까운 안드로메다 소용돌이 은하로 날아가는 데 500 만 년이 걸렸다. 이를 위해서는 6 억 5438 억+세대의 수명 연장이 필요하다. 인구의 질과 문화적 안정을 보장하기 위해서는 (가장 중요한 것은 당신이 어디서 왔는지, 어디로 가는지 기억하는 것) 몇 종족의 수천만 명이 당신과 함께 가야 합니다. 이것은 사회 전체입니다. 따라서 이 배는 주거, 생활, 일을 위해 수천억 평방미터의 표면적을 제공할 수 있어야 한다. 우주선의 질량은 500 억 톤이 넘고, 거의 같은 질량의 반물질 (예: 자기부양에 저장된 반물질) 을 더하면 총 질량은 약 654.38+0000 억 톤이다. 그 중 인원과 수억 톤의 물자는 1% 에 불과하다. 우주선을 만들고 반물질을 합성하는 데는 수천 년이 걸린다. 우주선이 작동할 때 방출되는 에너지 (세계 핵무기의 총 에너지와 동일) 가 인간에게 해를 끼치는 것을 막기 위해서는 명왕성 밖의 궤도에 우주선을 건설하고 조립해야 한다.
우주선은 반물질과 자체 구조재료의 인멸에너지를 가지고 출항을 가속화하고 생활, 교통, 공업농업, 상업, 학교 등 사회기능기관에 에너지를 공급한다. 가속 500 년 후 광속 0.2%, 2 만년 후 8.8%, 4 만년 후 25%, 5 만년 후 가속이 40% 에 달했다. 이때 우주선의 90% 의 질량이 에너지로 전환되어 소비되었고 인구는 이미 1 억으로 증가했다. 우주선이 이미 은하계를 날아갔다. 5 만년의 가속시간은 길어 보이지만, 사실 전체 항행시간의 1% 에 불과합니다. 마치 1 00km 의 자동차,1분이 시속 60km 로 가속하는 것과 같습니다.
순항 과정에서 충분한 열을 유지하고 충분한 수의 도시와 전자, 통신, 교통 등을 수용할 수 있도록 우주선을 롤 패드 모양으로 개조하는 데 수천 년이 걸린다.
목적지에서 4 만 년 전부터 느려지기 시작했다. 목적지에 도착한 후 우주선의 원시 질량의 9% 가 에너지로 전환되어 인구가 50 억으로 늘어났다.
성간 ram 우주선 1 그램은 항법용 어떤 에너지 발전을 가속하는 것이 항상 우주 항법의 주요 문제이며, 우주선의 속도와 우주선의 질과 관련이 있다. 가장 유리한 방법은 당연히 우주에서 고성능 에너지 재료를 직접 얻는 것이다.
수소는 우주에서 흔히 볼 수 있는 물질이다. 광대한 우주에서는 고진공이 있지만 여전히 수소 분자와 수소 원자가 있다. 태양 주위의 공간은 매우 적어 입방센티미터당 0. 1 개의 수소 원자로 성간 분자 구름에서 더 많아 입방센티미터당 4 만 개 정도에 이른다. 물론 이것은 지구 대기에 비해 매우 희박하다. 지구 대기층의 입방센티미터마다 40,000 조 개의 질소와 산소 분자가 함유되어 있다.
과학자들은 속도가 상당히 빠른 우주선에 거대한 깔때기 모양의 수소 수집기를 설치해 전진 과정에서 우주의 수소를 수집한 다음 융합반응을 일으켜 생성된 에너지로 우주선을 가속시킬 것을 구상하고 있다. 1 그램수소 원자의 융합은 역청탄의 2000 만 배에 달하는 6300 억 줄의 에너지를 생산할 수 있다. 이런 우주선은 스탬핑 엔진과 비슷하기 때문에 스타스탬핑 엔진이라고 불린다. 성간 ram 우주선의 초기 속도가 16.7 km/s 인 경우 초당 0.5 g 의 수소를 수집하려면 수소 수집기의 지름이 수백 km 보다 커야 합니다.
속도를 높이고 시간을 쟁취하는 방면에서 가속도는 물론 커질수록 좋지만, 가속도가 너무 높고 과체중이면 사람의 심신 건강에 영향을 줄 수 있다. 그럼, 얼마나 가속도가 맞을까요?
오랫동안 지구 표면에 살면서 인류는 지구의 중력, 즉 1 그램의 중력 가속도를 견디는 것에 익숙하다. 성간 ram 우주선이 1 그램의 가속도로 비행한다면, 사람은 우주선에서 생활하고 일할 것이며, 과체중도 무중력도 하지 않을 것이다. 마치 지구 표면에서와 같다.
가속 1 그램, 속도가 매우 빠르다. 2 년 이내 (지구 3.8 년) 광속의 97% 에 달하며 2.9 1 광년 거리를 비행한다. 만약 당신이 1 1.8 광년의 하늘이 우람한 (금붕어) 에 간다면, 항로의 중간점을 통과한 후 우주선이 180 도에서 유턴하면 1 에 있을 것이다 1 년의 고찰을 거쳐, 너는 같은 절차에 따라 돌아올 것이다. 대략 7 ~ 8 년 (지구에서) 만약 네가 우주를 여행한다면, 우주선은 계속 가속하여 12 년에 은하계를 날게 될 것이다. 14 안드로메다 은하 비행; 20 년 동안 6543.8+000 억 광년 거리를 날았다. 우주가 둘레가 900 억 광년 인 구형이라면 우주선은 이미 우주 1/9 바퀴를 돌았다. 우주선의 속도가 빛의 속도에 매우 가깝기 때문에 속도 효과가 매우 두드러진다. 1 ~ 2 년만에 나머지 8/9 바퀴를 날아서 지구로 돌아갈 수 있습니다. 물론, 지구는 이미 900 억 년이 지났다.