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第一期:化学推进的宇宙边界 第一期:化学推进的宇宙边界 大家好,这里是思想实验室,我是实验员零一。此刻屏幕里显示着4.24光年外的比邻星:橙红色的恒星周围,可能藏着另一个“地球”。今天的思想实验是,依靠化学推进剂,人类最远能到哪儿? 先说最关键的指标——比冲。液氢液氧是目前化学燃料里的“顶流”,比冲能到450秒。啥概念?每公斤燃料烧完,能持续给飞船450公斤的推力。但问题也在这儿:要推动飞船,燃料占的比重实在太大。 举个例子,假设造艘1万吨的飞船,按现在化学火箭的老办法设计,90%的重量都得是燃料——也就是说,1万吨的船里,9千吨是液氢液氧,剩下1千吨才轮到探测器、维生系统(要是载人的话)和船体结构。跟把十层楼的材料全塞进燃料箱,就留个阳台装设备似的,想想都憋屈。 那要是冲着4.24光年外的比邻星呢?往返一趟,理论上得用霍曼转移轨道(最省燃料的椭圆路线),再加上木星、土星的重力弹弓加速,速度得达到光速的12%。可把这些数代入火箭方程一算,结果直接把我看懵了——要达到这个速度,飞船的初始质量(包括所有燃料)得是最终质量(只剩船体和载荷)的10的347次方倍。 啥概念?是可观测宇宙的总质量的10的294次方倍——怕是把全宇宙的东西都烧了当燃料,都不够飞船用。 那降低要求,不往返了,单程飞10万年到比邻星,速度降到光速的0.4%,燃料占比还得99.999%。飞船薄得跟气球似的,稍微碰一下就得炸。就算用休眠技术让宇航员“冻”起来省点电,减速时需要的燃料一分都省不了——毕竟要到地方停住,总得有反向推力。 所以结论特现实:化学推进的绝对边界,撑死了就是0.5光年(大概到太阳系最外的“冰晶云”,奥尔特云内缘)。而且这还只能送无人的探测器——让它飞过去拍几张照片,再花几十年把信号传回来。 要是载人?连太阳系都出不去。就说火星吧,现在往返都得算着燃料烧;要是去木星,可能到了就得“撂挑子”——燃料刚好用完,回不来了。更扎心的是,化学推进技术早没突破空间了——从当年阿波罗登月的土星五号,到现在SpaceX的猎鹰火箭,原理都是“烧燃料喷气”,跟几百年前瓦特改良蒸汽机差不多的思路,能挖的潜力早挖干净了。 最后问个扎心的问题:要是必须靠化学火箭星际航行,你选在飞船里繁衍3万代,去看比邻星?还是把DNA装进金属胶囊,让它漂在宇宙里,赌一把未知星球上的“重生”? 这儿是思想实验室,下期见!#科普 #七夕dou+精彩放大
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