第12章：航行动力
一个月后，好几份研究报告或者简报呈现在周源面前。这几份报告或者简报包括：星际航行动力{主要作者：科学院飞行器动力学家马克}、光速定律{主要作者：科学院物理学家文明}、星系标定方法{主要作者：科学院天文学家莱尔和科学院物理学家文明}、复制生命法则和意识移植{主要作者：科学院人类学家玛利亚、科学院脑神经和生命科学家邦本}、威慑和破壁执行计划{主要作者：科学院物理学家周源、科学院天体物理学家蒋晓燕和地球联邦舰队总司令艾森}、行星资源开发计划{主要作者：科学院材料物理与化学家杰斯、社科院研究员奥赛}。
周源对前面三个很感兴趣，在未来三个报告也是很重要，所以重点看。后面三个简报，是他可以想象得到的。
第一份报告就是星际航行动力研究报告。
该报告分为四个部分：历史回望{讲述几十年前的飞机、化学火箭等}；现阶段航行动力{主要分析现在战舰和飞船所使用的受控核聚变动力}；未来动力和航行方式{分析未来可以采用的几种动力发动机或航行方式，比如星际冲压发动机、反物质发动机、离子发动机、恒星光压光帆、核脉冲发动机、空间曲率驱动、利用人造黑洞等}；总结建议等。
历史回望主要部分：几十年前，人类最熟悉的发动机应当火箭发动机，先驱者和旅行者探测器利用这种发动机飞出太阳系。不过这种发动机的缺点是明显的，化学燃料占据的体积和重量太大而推力则太小，效率有限。
现阶段使用的受控核聚变发动机：惯性约束聚变，也称作脉冲性聚变，在飞船尾部推进舱内使用粒子束来引爆小燃料球，小燃料球产生超高温，生成比磁约束聚变时密度更高1万亿倍的离子浆，从而产生聚变。由于这种反应时间非常快，不必要强磁场束缚它们，小燃料球自身的惯性就可以维持热度足够长的时间来进行反应。在宇宙的真空中使用粒子束，比具有大气的地球上具有明显的好处，不受大气分子的干扰。核聚变大幅度降低核裂变的辐射污染，不产生γ射线和中子，只产生α粒子，可以说是相当干净的反应。
星际冲压发动机：典型的星际冲压发动机其实也是一种核聚变发动机。使用星际冲压发动机的飞船，可以不牺牲灵活性而解决燃料携带方面的问题。因为核聚变所需要的燃料氢，在星际空间中到处都是，只要在飞行的途中把它们搜集起来，送进反应炉中就可以了。当然，星际物质的密度是极其稀薄的，所以这种飞船上需要安装一个巨大的漏斗形氢采集器。按照计算，如果一个1千吨重的飞船以1g的加速度前进，在高密度的星云中就需要采集1千平方公里面积上的燃料，而在低密度的星际空间需要采集1万平方公里。这么大的漏斗过于巨大了，一个面积1万平方公里1毫米厚的聚脂薄膜也要25万吨重，何况这不是平面而是漏斗形。当然，我们可以通过向前方发射激光或者电子束，来将星际物质的外部电子击开形成离子，然后利用磁场收集，但是，这个磁场漏斗的延伸范围，甚至比最初设计的漏斗更大，这个磁场漏斗的直径需要高达5万公里以获取足够的燃料。但当高速飞行的时候，这个磁场将产生巨大的拖滞效果，就如同我们推着一个大木盆游泳时的效果一样，通过计算，这样的飞船其实无法达到接近光速的速度，最多只能达到光速的21%。
反物质发动机：由于反物质和物质如果相遇，将会湮灭，正反物质的质量将全部转化为能量，按照爱因斯坦的质能公式，将释放巨大的能量。就目前所知道的所有物理反应而言，这是效率最高的燃料。我们可以比较一下，星际飞船发动机燃料每公斤释放能量的效果，很理想的化学燃料反应可以产生1*10^7焦耳的能量，核裂变产生8*10^13焦耳，核聚变产生3*10^14焦耳，而反物质的湮灭能产生9*10^16焦耳，是氢氧化学反应的1百亿倍，太阳核心热核反应的300倍。这种飞船的比冲量将是最高的，而推重比也可能是最高的，一片阿司匹林那么大的反物质同物质湮灭产生的能量，足以让一艘飞船巡弋数百光年。反物质发动机的设计方案，比冲量最高的是粒子束核心，直接一对一的湮灭，然后以磁场控制带电介子，并把它们直接从喷口喷射出去，由于这些介子的运动速度接近光速，发动机比冲量可能要超过1千万秒。因为湮灭产生的带电介子，在衰变后变成半衰期更长的带电μ介子，所以这个办法完全可行。而且这个方式只需要反物质燃料，不需要推进剂，可以极大地减少飞船的负载。由于湮灭的产物是以接近光速运动的，所以飞船必须造得很长。但是，反物质制造和储存有很大的麻烦。首先是制造它太消耗能量了，因为我们目前还没有其他制造反物质的办法，所以只能把湮灭过程反过来，使用粒子加速器，根据爱因斯坦的质能转换公式从能量中制造出反物质{以基本粒子的形态产生}。由于这个原因，现在全球每年才能制造出一亿分之一克的反物质。如果使用粒子束核心反物质发动机的话，需要几毫克反物质来在太阳系内旅行，如果要去最近的比邻星的话，则需要几公斤，这远远超过了我们的制造能力。另外一个障碍是储存，因为反物质只要遇到正物质，立刻就会湮灭爆炸，所以我们无法使用任何正物质制作的容器来存放它，现在都是通过超冷真空的彭宁离子阱，利用迭加电磁场来存放反物质基本粒子，这是种可以便携运输的反质子存放装置，目前已经进展到储存10^15个反质子，可要满足反物质推进的话，需要存放10^21个反质子。
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周源对前面三个很感兴趣，在未来三个报告也是很重要，所以重点看。后面三个简报，是他可以想象得到的。
第一份报告就是星际航行动力研究报告。
该报告分为四个部分：历史回望{讲述几十年前的飞机、化学火箭等}；现阶段航行动力{主要分析现在战舰和飞船所使用的受控核聚变动力}；未来动力和航行方式{分析未来可以采用的几种动力发动机或航行方式，比如星际冲压发动机、反物质发动机、离子发动机、恒星光压光帆、核脉冲发动机、空间曲率驱动、利用人造黑洞等}；总结建议等。
历史回望主要部分：几十年前，人类最熟悉的发动机应当火箭发动机，先驱者和旅行者探测器利用这种发动机飞出太阳系。不过这种发动机的缺点是明显的，化学燃料占据的体积和重量太大而推力则太小，效率有限。
现阶段使用的受控核聚变发动机：惯性约束聚变，也称作脉冲性聚变，在飞船尾部推进舱内使用粒子束来引爆小燃料球，小燃料球产生超高温，生成比磁约束聚变时密度更高1万亿倍的离子浆，从而产生聚变。由于这种反应时间非常快，不必要强磁场束缚它们，小燃料球自身的惯性就可以维持热度足够长的时间来进行反应。在宇宙的真空中使用粒子束，比具有大气的地球上具有明显的好处，不受大气分子的干扰。核聚变大幅度降低核裂变的辐射污染，不产生γ射线和中子，只产生α粒子，可以说是相当干净的反应。
星际冲压发动机：典型的星际冲压发动机其实也是一种核聚变发动机。使用星际冲压发动机的飞船，可以不牺牲灵活性而解决燃料携带方面的问题。因为核聚变所需要的燃料氢，在星际空间中到处都是，只要在飞行的途中把它们搜集起来，送进反应炉中就可以了。当然，星际物质的密度是极其稀薄的，所以这种飞船上需要安装一个巨大的漏斗形氢采集器。按照计算，如果一个1千吨重的飞船以1g的加速度前进，在高密度的星云中就需要采集1千平方公里面积上的燃料，而在低密度的星际空间需要采集1万平方公里。这么大的漏斗过于巨大了，一个面积1万平方公里1毫米厚的聚脂薄膜也要25万吨重，何况这不是平面而是漏斗形。当然，我们可以通过向前方发射激光或者电子束，来将星际物质的外部电子击开形成离子，然后利用磁场收集，但是，这个磁场漏斗的延伸范围，甚至比最初设计的漏斗更大，这个磁场漏斗的直径需要高达5万公里以获取足够的燃料。但当高速飞行的时候，这个磁场将产生巨大的拖滞效果，就如同我们推着一个大木盆游泳时的效果一样，通过计算，这样的飞船其实无法达到接近光速的速度，最多只能达到光速的21%。
反物质发动机：由于反物质和物质如果相遇，将会湮灭，正反物质的质量将全部转化为能量，按照爱因斯坦的质能公式，将释放巨大的能量。就目前所知道的所有物理反应而言，这是效率最高的燃料。我们可以比较一下，星际飞船发动机燃料每公斤释放能量的效果，很理想的化学燃料反应可以产生1*10^7焦耳的能量，核裂变产生8*10^13焦耳，核聚变产生3*10^14焦耳，而反物质的湮灭能产生9*10^16焦耳，是氢氧化学反应的1百亿倍，太阳核心热核反应的300倍。这种飞船的比冲量将是最高的，而推重比也可能是最高的，一片阿司匹林那么大的反物质同物质湮灭产生的能量，足以让一艘飞船巡弋数百光年。反物质发动机的设计方案，比冲量最高的是粒子束核心，直接一对一的湮灭，然后以磁场控制带电介子，并把它们直接从喷口喷射出去，由于这些介子的运动速度接近光速，发动机比冲量可能要超过1千万秒。因为湮灭产生的带电介子，在衰变后变成半衰期更长的带电μ介子，所以这个办法完全可行。而且这个方式只需要反物质燃料，不需要推进剂，可以极大地减少飞船的负载。由于湮灭的产物是以接近光速运动的，所以飞船必须造得很长。但是，反物质制造和储存有很大的麻烦。首先是制造它太消耗能量了，因为我们目前还没有其他制造反物质的办法，所以只能把湮灭过程反过来，使用粒子加速器，根据爱因斯坦的质能转换公式从能量中制造出反物质{以基本粒子的形态产生}。由于这个原因，现在全球每年才能制造出一亿分之一克的反物质。如果使用粒子束核心反物质发动机的话，需要几毫克反物质来在太阳系内旅行，如果要去最近的比邻星的话，则需要几公斤，这远远超过了我们的制造能力。另外一个障碍是储存，因为反物质只要遇到正物质，立刻就会湮灭爆炸，所以我们无法使用任何正物质制作的容器来存放它，现在都是通过超冷真空的彭宁离子阱，利用迭加电磁场来存放反物质基本粒子，这是种可以便携运输的反质子存放装置，目前已经进展到储存10^15个反质子，可要满足反物质推进的话，需要存放10^21个反质子。
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