石墨烯材（cái）料應用在光（guāng）束（shù）推進（jìn）飛（fēi）船

石墨烯材料應用在光束推進（jìn）飛（fēi）船

北京時（shí）間10月19日消息，據國外媒體報道，我們（men）現在已經發（fā）現了大量（liàng）係外（wài）行星（xīng），而一旦我們得以區分出其化學組成，那時我（wǒ）們或許將會嚐試派出恒星際飛行器前往實際查看一探究竟，尋找生命存在的最佳候選星（xīng）體（tǐ）。
　　但是夢想歸夢（mèng）想，當你考慮進（jìn）行一（yī）次（cì）這樣的考察之旅將會耗費多少（shǎo）能量時，你就會感到大吃一驚（jīng）。或許在遙遠的未來（lái）真的會出現非常先進（jìn）的，現在無法想象的推進（jìn）技（jì）術（shù），但是在這裏，我們仍然（rán）使用基於（yú）牛頓物理的“作用-反作用（yòng）”引擎為基礎進（jìn）行討論。

　　不（bú）管采用何種推進（jìn）方式，核聚變推進，反物質推進，甚至黑洞（dòng）借力推進，飛船（chuán）本身都必須攜帶大量的燃料。然而這樣做就會極大地增加（jiā）飛船自身的重量，從而讓加速或減（jiǎn）速時需要耗費（fèi）的能量隨之大幅上升。

　　解決這一難（nán）題的方法或許就是，在（zài）地球附近製造（zào）出大量的能（néng）量，並將能量束瞄準飛行中的飛船。想象一下，這（zhè）就像是用花園裏澆花的軟管衝刷（shuā）一張樹葉。在這種情況下，樹葉的質量僅僅占到軟管或水體質量的很小一（yī）部分。來自研究公司“微波科學”的詹姆斯·本（běn）福德(James Benford)寫道：“這是唯（wéi）一一種（zhǒng）不存在物理學障礙的恒星際飛（fēi）行模式。”

　　在上世紀80年代中期，物理學家羅伯特·富沃德(Robert Forward)首先提出借助從地球發出的（de）能量束實現星際飛行的方案。這一理論後來（lái）經過了進一步發展，甚至給出了使（shǐ）用激光進行反向減（jiǎn）速的（de）方案，從（cóng）而使其能夠順利（lì）進入另一個太陽係。巨型微波（bō）發射器的精度不如經（jīng）過校準後（hòu）的激光光（guāng）束，但是它（tā）們（men）的建造成本更（gèng）低。這其中的關鍵（jiàn）點就在於，飛船必（bì）須要在由於微波長時間照射而變得過熱之前獲（huò）得足夠的加速度。

　　本福德目前正在自己的實驗室中對這種“光束推進”技術方案進行（háng）基本的測試工作。實驗的結果顯示，采用寬闊的圓錐形“船帆”似乎是（shì）效果最好的。當然（rán）這個船帆（fān）以及飛船本身都必須（xū）使用質量非常輕的材料製作而成，比如納米碳管，石墨烯（xī）和鈹（pí）等等。這些材料必（bì）須可以經（jīng）受2000華氏度(約合1093攝氏度)的（de）高溫炙烤，這種高溫是由射來的能量束造成的。這就要求這些材（cái）料（liào）具有極好的反射性（xìng）能，能盡量（liàng）少的吸收這些熱量。

　　而用於發射這束超（chāo）級能量束的發射器將是一個（gè）巨（jù）大的天線，耗資將會十分驚人。根據本福德的估算，建造一個可（kě）用於發射一輛卡車般大小載（zǎi）荷的能量束發射裝置將耗資180萬億美元，並（bìng）且每執行（háng）一次任（rèn）務（wù）還需要額外花費5000億美元。但是盡管這些數額聽上去大得嚇人（rén），但是事實上，相比建造一艘自行推進的恒星際飛船，這樣的花費仍然是相對較便宜（yí）的。

　　除此之外，由於這一巨型發射裝置是被安裝在地球上或是近地空間，因此可以對其相對方便（biàn）地進行後勤維護保養，因為畢竟你在（zài）其它星球上可找不到可以維修的（de）停（tíng）泊港。並且這一係統很大程度上是可以承受失敗的，因為如果有一個探測器壞了，我們隻要直接另外在能量束上放置一（yī）個新的來替換就好（hǎo）了。

　　本福（fú）德（dé）表示（shì），這項技術最先可（kě）以被用於在太陽係內進行測試，比如用於（yú）為在（zài）火星（xīng）上執行任務的宇航員們傳輸重（chóng）要（yào）的部件或藥（yào）品。當被“射出”之後，這些載荷（hé）的飛行速度就將可以達到每小時100萬英裏(約合160萬（wàn）公裏)左右（yòu）。而當載荷抵達火星時，激光或（huò）大氣減速係統將讓其進入火星軌道。這樣的物品（pǐn）傳輸時間將低於兩個星期。

　　根據本福德的估算，作為（wéi）一個先導項（xiàng）目，向距離地球（qiú）約1光年的奧爾特雲發射探測器，我們將需要建造一台24吉瓦(GW)功率，直徑為（wéi）2英裏(約合3200米)的發射天線，其耗資（zī）約為1440億美元。而其（qí）可以（yǐ）發射的（de）載荷重量約為150磅(約合68公斤)其中一半的重（chóng）量是它翼展半英裏(約合805米)長的“船帆”。在發射後5小時內（nèi），這顆探測器就將被加速到（dào）每小時14萬英裏（lǐ）(約合22.5萬公裏（lǐ）)的極高速度。

　　一艘真正的（de）恒星（xīng）際飛（fēi）船，一艘可以以大約1/10的光速在大約40年內飛抵距離我們最近的半（bàn）人（rén）馬座α星的飛船（chuán），其重量（liàng）將大約為數噸，除非其大量使用超輕質的納米技術材料建造（zào）。對此，前美國宇航局（jú）局長丹尼（ní）爾·戈爾丁(Dan Goldin)表示，該技術將把恒星際距離縮減至一個濃湯（tāng）罐頭那麽近。不過，你將（jiāng）需要建造（zào）一台功率為300太瓦(TW)，直徑60英裏(約合96.5公裏)的巨型（xíng）發射天線來（lái）推動它！其電力消耗量將相（xiàng）當於目前（qián）全世界每天總耗電量（liàng）的20倍。這樣一艘探測器（qì）必須可以（yǐ）快（kuài）速加速（sù），以免自己的船帆被蒸發掉。因此其加速（sù）度將（jiāng）達50個G，因此先不要幻想著搭乘這艘飛船去做星際旅行，因為你會被輕（qīng）而易（yì）舉地壓成一個薄餅。

　　借用美國偉（wěi）大的天（tiān）文學家卡爾·薩根在其1985年撰寫的（de）科幻小說《超時空（kōng）接觸》中的一個想法。想象一個宇宙中的高級文明正向我們傳輸（shū）著建造恒（héng）星際能量（liàng）束推進飛船的藍（lán）圖樣本。它將幫助我們向他（tā）們所在的星係發射（shè）飛（fēi）船，並最終抵（dǐ）達那裏。這樣一種恒（héng）星際飛行（háng）方式或（huò）許（xǔ）將是兩個宇宙文明之間相互交換“物理（lǐ）物件”的唯一（yī）可行辦法。我們（men）或許會向他們傳送各種地（dì）球生物的DNA樣本，然後，想象一（yī）下，或許（xǔ）三體人就能在他們的星球上複（fù）製一個聖迭戈動物園了。

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