音頻科普:利用慣性原理可以突破傳統(tǒng)火箭的速度嗎?
發(fā)布時間:2020-06-03
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音頻科普:利用慣性原理可以突破傳統(tǒng)火箭的速度嗎?

火箭的推進技術發(fā)展受阻(圖片來源:pixabay)

  現(xiàn)如今的航天科技已經(jīng)取得了許多重大的突破,但是,有一些設計卻由于種種原因仍然停留在上個世紀中期時候的水平,例如火箭的推進技術。至今為止,火箭推進依然是采用最為常規(guī)的化學推進劑。而化學燃料效能有限,又必須占據(jù)大量的空間,這使得其他火箭技術的發(fā)展也因而受阻。

  在傳統(tǒng)的火箭中,化學推進劑通過混合發(fā)生反應,進而產(chǎn)生熱量并膨脹,燃燒室內的氣體從尾部噴出,形成推力?;鸺七M的原理就是利用這種反作用力。然而,化學推進劑所產(chǎn)生的推力除了推動火箭之外,還需要考慮這些燃料本身的重量和體積。這也就限制了火箭的性能,因為能夠攜帶的燃料是有限的。

  因此,只要是使用化學燃料,火箭必然不可能去到太遠的地方,也突破不了速度的極限。那么,是否有新的方法來解決傳統(tǒng)火箭的推進問題呢?電推進技術是一種解決方案,利用電場與帶電粒子可以實現(xiàn)比化學燃料更高的性能。但是如前所述,這些方法都是五六十年代的思路,至今也幾乎沒有任何新的進步。

科學家們把目光投向了力學中的馬赫效應(圖片來源:pixabay)

  近年來,美國國家航空航天局(NASA)設立了相關的研究項目,目的就是要提出新的方案來解決這個問題。科學家們把目光投向了力學中的馬赫效應(Mach effect):當物體加速時,其質量會發(fā)生輕微的改變,這種變化能夠形成推進效應,即利用慣性原理就能做到突破傳統(tǒng)火箭速度的目標。

  十九世紀奧地利物理學家馬赫(Ernst Mach)一生主要致力于實驗物理學和哲學的研究。在空氣動力學中廣泛使用的馬赫效應、馬赫波、馬赫角等概念均是由馬赫率先進行研究,后世以他的名字進行命名并加以發(fā)展。今天的理論物理學家則是要把馬赫效應運用到新的領域中。

  具體的操作并不復雜,簡單來說,利用在交變電壓作用下會周期性膨脹的壓電陶瓷片,當其膨脹或收縮時,內部的加速會使其質量變輕或變重,慣性的變化會讓系統(tǒng)的質心朝一個方向移動,這就形成了推進力。在這個理論的支持下,研究人員著手進行了推進器的設計,他們首先通過名為“馬赫效應引力輔助驅動器”的裝置進行驗證實驗。

這個推進器概念至今為止仍然只是作為一種可能的猜想(圖片來源:pixabay)

  盡管這個推進器概念已經(jīng)有了一些實質性的成果,但它至今為止仍然只是作為一種可能的猜想。事實上,科學家和研究人員也沒有足夠的理論對這項技術進行合理的解釋。目前這項技術還需要更多的實驗數(shù)據(jù)進行可行性方面的證明。而其中一個證明的難點在于,要能夠確認這種作用是真實存在的,而不是其他物理效應所產(chǎn)生的干擾。

  另一方面,不管是采用激光驅動、人為制造反物質作用,還是借助核動力,研究人員都需要找出一種最佳的方法,讓這個概念成為真正能在太空中實現(xiàn)應用的技術,否則這些研究也不具備現(xiàn)實價值。就目前而言,研究人員利用這項技術僅僅能夠制造出很小的推力,它與真正實現(xiàn)推動火箭之間還有很長的一段距離。

  無論如何,這個理論讓火箭推進技術的發(fā)展有了一個全新的方向?;蛟S這也將會成為人類未來邁向宇宙更遠處的第一步。



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