中文字幕精品一区久久久久_亚洲一区中文字幕永久在线_日韩中文在线播放_另类综合在线_国产91精品一区二区绿帽_欧美日韩在线电影

Internet Develppment
互聯網開發& 推廣服務提供商

我們擅長商業策略與用戶體驗的完美結合。

歡迎瀏覽我們的案例。

首頁 > 新聞中心 > 新聞動態 > 正文

等離子體火箭,充電就能輕松去火星,只要39天

發布時間:2021-05-22 16:49:10來源:中科院高能所

  
 

  好奇是人類天性。地球容不下的不止馬斯克,還有各位航天發燒友。

  他們中的一些成了火箭科學家、工程師,心心念念,致力于制造出一枚枚高推力火箭,將人類的足跡擴展到外空間。

  據測算,一枚3408噸推力的“土星五號”運載火箭,可以將45噸的載人宇宙飛船送上月球(美國,20世紀中葉);一枚2940噸推力的“能源號”重型火箭,可以將27噸載荷送到火星和金星(俄羅斯,1987年);一枚4000噸推力的“長征九號”重型火箭,則可以將37噸載荷輕松送至火星(中國,正在研制中)。

  目前世界各國使用的這些運載火箭都是化學火箭,靠燃燒液態或固態燃料釋放巨大能量,排出高溫高速氣體,讓火箭獲得巨大推力。而要奔赴更遠的深空,就需要更多燃料。

  但火箭儲存燃料的空間畢竟有限,燃料過重影響發射怎么辦?長時間太空旅行過程中,燃料供應不足又該如何解決?

  一位來自NASA的華裔航天員張福林,提出了一種新型火箭——等離子體火箭。這種火箭靠電能推動,以氣態的等離子體為“燃料”。坐上等離子體火箭,從地球到火星只需要39天。

  
 

  正在規劃的“長征九號”火箭(最右)起飛質量超過4000噸,運力和美國“土星五號”火箭大致相當,超過正在研制的美國下一代運載火箭(SLS),完全可以滿足未來載人月球探測、火星取樣返回、太陽系行星探測等任務。|Spacenews

  飛出地球,以氣體為“燃料”

  在科幻小說中,飛行器似乎能為星際旅行提供全程動力。可現實中使用的化學火箭需要消耗煤油、酒精等化學燃料,它們胃口很大,效率卻并不高,大部分燃料都被用來擺脫地球引力,根本無法實現隨心所欲的星際旅行。

  等離子體火箭(VASIMR)則采取了一種完全不同的思路——利用等離子體加速器作為推動力。

  這里先介紹一個何為等離子體。當物質被加熱到足夠高溫時,其中的原子會電離為帶正電的原子核和帶負電的電子,形成一團離子狀的“漿糊”,也就是等離子體。

  等離子體在自然界中普遍存在,熾熱的火焰、光輝奪目的閃電,以及絢麗的極光,都是等離子體作用的結果。在整個宇宙中,幾乎99.9%以上的物質(如恒星、行星際空間物質)都以等離子態存在。因此,它也被稱為在氣態、液態、固態之外的“物質的第四態”。

  用人工方法,如核聚變、核裂變、輝光放電等過程,都可產生等離子體。

  
 

  等離子體在自然界中普遍存在。例如圖中的閃電、氖燈、等離子體球、航天飛機上的等離子體蹤跡。|維基百科

  相比于化學火箭燃料重量大,火箭發射過程中燃料本身就可能成為 “累贅”,等離子火箭能用更少的燃料提供更多動力,一旦進入太空,就會像順風的帆船,逐漸加速飛行,最終把傳統的化學火箭遠遠拋在身后,在太空中完成各種航天探索任務。

  等離子體火箭的發動機以氬氣作為等離子體來源。氬氣是一種惰性氣體,不易與其他元素發生化學反應,經常在焊接金屬時做保護氣體,很適合做等離子體。

  其工作原理是:火箭發動機先電離氬氣,將其轉化為低溫等離子體(其實也有5000℃以上)。隨后利用磁鐵使電離氣體加熱、加速,溫度達到上百萬攝氏度。再用磁場控制高溫等離子體,使其加速排出火箭尾部,形成巨大推力,助力火箭沖出地球。

  
 

  等離子體火箭發動機工作原理圖。|來自網絡

  經推算,安裝上等離子體火箭,太空飛船的速度可達每小時約19.8萬公里。相比于傳統火箭用250天時間送宇航員到達火星,等離子體火箭最快可以讓宇航員在39天內到達火星,節省大量的燃料、食物、水、空氣,宇航員也能擺脫長時間的宇宙射線輻射。

  那么,等離子體火箭到底是如何獲得這么高的推進效率呢?這與等離子體被加速的機制有關。

  神奇的磁重聯機制,從磁場中要能量

  等離子體火箭在發動機工作的全過程中,主要利用磁重聯機制加速、加熱等離子體束流。

  什么是磁重聯呢?其實,磁重聯是太陽上一個非常重要的快速釋放磁能的過程,太陽爆發事件幾乎都和磁重聯有關,例如耀斑、日冕物質拋射、噴流等。而且不僅是太陽上,在地球大氣層和托卡馬克核聚變反應堆內也能看到磁重聯現象。

  在磁重聯過程中,多組方向相反的磁力線相互靠近,并重新連接形成新磁力線。等離子體火箭利用磁場變化帶動磁力線連接和斷開,將磁能轉化為等離子體的動能、熱能和粒子加速度。

  
 

  磁重聯過程中,磁力線斷開并重新連接。|維基百科

  但磁重聯過程需要有足夠大的電能支撐,等離子體火箭需要的電能近數百千瓦。這么大的電能從哪里來?選擇何種供電方式才能滿足需求呢?

  巨大電能從哪兒來?核能?太陽?

  1)核反應堆供電

  目前認為,最好的動力來源是核反應堆,因此我們可以設想,等離子體火箭最終將是一個核電火箭發動機。用核裂變反應堆為等離子體火箭提供電力,能輕松將人們帶到火星。

  就目前情況而言,等離子發動機的推力仍舊比不上傳統火箭,很難將有效載荷從地球帶到近地軌道。不過到了近地軌道,等離子發動機的優勢就能顯現:如果能夠將動力升至200千瓦,將足夠提供大約0.45千克的推力——相比火箭的重量,這聽起來輕如羽毛,但在太空中,0.45千克的推力可以驅動2噸重的貨物。

  
 

  等離子體火箭需要巨大的電能。圖中為利用核反應堆供能的等離子體火箭。|維基百科

  2)太陽能電池板供電

  將火箭供電裝置改成太陽能電池板,可以把太陽能轉化為電能。問題是,電池板的效率不夠高,如果向深空繼續進發或者運載更大重量,就需要增加太陽能利用效率。

  研究發現,大型且可控的太陽能電池陣列可以提供高達1千千瓦的功率。但過大的電池陣對航天器的構型、軌道保持和姿態控制設計等會帶來巨大挑戰。

  目前國際空間站的太陽能電池也只能提供百千瓦級的電功率,而且這一結果是在地日距離下,太陽能在火星以外的區域將大幅衰減。

  另外,很多科學家也在研究太陽能供電的宇宙飛船——太陽帆,期待未來有一天能使用太陽帆探索太空。

  
 

  提供上百千瓦電力的國際空間站。|來自網絡

  與太陽能電池相比,空間核反應堆電源的優點在于它是自主電源,不依賴陽光,且儲能極高;適用功率范圍廣,可以覆蓋千瓦甚至兆瓦以上功率輸出。缺點則是,從安全和技術角度考慮,核反應堆供電的技術要求很高,工程成本相對較大,工期長。

  目前核電可以有效滿足航天任務日益增長的能源需求。隨著空間技術的發展,大功率衛星、深空探測等都需要大功率長久耐用的供電方式。相比之下,太陽能電池供電還有很長的路要走。

  
 

  太空中的等離子體火箭。|Ad Astra Rocket Company

  記得小時候,乘坐普速火車從北京去上海需要數十個小時,現在具有更高性能的高鐵僅用4個多小時就可以。

  同理,擺脫傳統能源依賴,改為靠電能推動的“電火箭”,不僅推動自己更快地奔向火星,還推動了世界航天科技的發展。

  相信我們終有一天會克服技術瓶頸,研發出更高性能的“電火箭”,更加方便快捷地奔赴太空旅行,去探索太空深處不為人知的奧秘。

最新資訊
? 2018 河北碼上網絡科技有限公司 版權所有 冀ICP備18021892號-1   
? 2018 河北碼上科技有限公司 版權所有.
主站蜘蛛池模板: 麻豆av在线免费观看 | 天天干天天操 | 国产成人艳妇aa视频在线 | 91综合网 | 国产精品久久久久久久久久免费看 | 免费a网 | 国产日韩一区二区 | 老外几下就让我高潮了 | 综合九九 | 黄网在线观看 | 一级a爱片性色毛片免费 | 久久久久久久久久久丰满 | 国产精品a久久久久 | 一区二区三区四区在线 | av中文在线 | 国产精品毛片一区二区在线看 | 欧美视频 亚洲视频 | 国产精品无码久久久久 | 成人伊人 | 久久99这里只有精品 | 国产中文字幕在线观看 | 亚洲xxxxx | 亚洲黄色av网站 | 韩日精品在线观看 | 欧美午夜精品理论片a级按摩 | 日韩欧美在线观看 | 亚洲va中文字幕 | 午夜免费av | 欧美一区二区三区的 | 国产国拍亚洲精品av | 国产亚洲欧美在线 | 欧美一级淫片免费视频黄 | 欧美日韩高清在线一区 | 欧美日韩中文字幕在线 | 国产a视频| 一区二区免费视频 | 91资源在线 | 国产一区二区三区久久久久久久久 | 麻豆av免费观看 | 请别相信他免费喜剧电影在线观看 | 亚洲精品自在在线观看 |