@ 2019.10.20 , 13:00

可以接近光速的概念发动机

当涉及到太空旅行时,我们总是有一个问题,那就是宇宙实在太大了。即使以光速飞行,我们也需要数年时间才能到达离我们最近的邻星。但人类总是致力于解决这些大问题,美国宇航局(NASA)的工程师大卫·伯恩斯提出了一个发动机概念,理论上可以加速到光速的99%,而且不需要使用推进剂。

他在NASA的技术报告服务器上以“螺旋发动机”为标题发表了一篇文章,这篇文章利用了质量在相对论速度下的变化方式,目前还没有专家对此进行评估。这篇论文引起的热议已经接近EM Drive当初的热度。

为了解释其概念,伯恩斯描述了一个盒子,里面有一个重物,穿在一条线上,两端各有一个弹簧来回弹动重物。在真空状态下,这样做会让整个盒子开始摇摆。总的来说,盒子会在同一个位置摆动。但是如果重物只在一个方向上被弹动,它就会朝那个方向产生更大的推力。根据动量守恒原则,在没有任何外力的情况下,系统的动量保持不变,所以这应该是不完全可能的。

但是,狭义相对论这时就起作用了。根据狭义相对论,物体在接近光速时会增加质量。所以,如果你用离子来代替重物,用环来代替盒子,理论上你可以让离子在环的一端移动得很快,而在另一端移动得很慢。

但博恩斯的发动机不是一个单一的闭环,而是螺旋状的,就像一个被拉伸的弹簧,因此被称为“螺旋发动机”。他在摘要中写道:“发动机将离子循环加速到适中的相对速度,然后调整速度使其质量发生轻微变化。然后,引擎沿着运动方向来回移动离子以产生推力。除了在真空管路中运动的被困在电场和磁场中的离子外,发动机并没有其它运动部件。”

听起来很美好,对吧?理论上是这样的,但这并不是没有问题。据《新科学家》杂志报道,螺旋腔必须非常大。准确地说,长约200米,直径约12米。此外,它需要产生165兆瓦的能量来产生1牛顿的推力,也就是说投入很多收获却很少,这是非常没有效率的。

但是在真空的太空中,这可能行得通。伯恩斯告诉《新科学家》:“如果你有足够的时间和动力,发动机本身的速度可以达到光速的99%。”。伯恩斯在他的演讲中也提到了效率问题,表示他的工作还没有经过专家的审查,可能会有一些数学上的问题。目前,还并没有一个功能齐全的太空旅行引擎的蓝图。

sciencealert


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