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比起工质引擎,辐射推进到底好在哪里?

2021-05-31知识

首先很多人科幻看多了没意识到航天飞行绝大多数时间是依靠惯性飞行,不需要时刻开着发动机喷东西才能前进。航天器于其说像飞机、舰船,不如说是可以调整轨迹的炮弹。缺乏这种基本常识导致对所谓无工质发动机的特别执念。

然后重复一遍:刘慈欣是出色的作家但绝不是天文学家更不是航天工程师,科幻不是科学,没必要把科幻小说里当真。 真的喜欢想实现星辰大海应该去看钱学森写的而不是刘慈欣写的。

科幻小说是艺术,强调炫酷高大上于是就喜欢瞎堆砌术语概念,本身不会考虑太多太严谨,毕竟又不是学术论文(当然是学术论文里也有很多无脑粗糙、水的),结果容易东施效颦。三体里那个所谓的无工质辐射推进完全是笑话,一个太空探照灯。

这好比是把液氧煤油放在封闭透明燃烧室里烧外面加个抛物面反射镜,把液氧煤油火箭发动机给搞成超级 煤油探照灯 ,然后用燃烧产生的光辐射的光压来推进而不是用喷管喷废气那样可笑。如果发射天舟2号的长征7号用那种方式推进,烧完推进剂估计也纹丝不动( 可能会被海风吹的有点晃 ),因为推力过低。

所以比起刘牌无工质辐射聚变发动机,我觉得还是让火箭烧无烟煤更科学合理多 ——把煤粉混进橡胶或者塑化剂(粘合剂作用)还有高氯酸盐或者硝酸盐(氧化剂作用)里还真能作为固体火箭燃料,真的能飞起来,当然切勿轻易在家尝试。

还有这玩意也不是刘慈欣的发明, 早就有一种坑爹到弱智的想法就叫 核光子火箭 ,是把核反应堆装在抛物面反射镜焦点上,把核反应堆释放的光、热辐射给定向反射产生推力。 三体里无非是把裂变堆改成核聚变更高大上,同时给你个120G的疯狂加速度。此外核聚变释放的能量大部分是粒子辐射而不是光子,例如氘-氚聚变大部分能量是中子辐射,不是你用镜子能轻易引导的,快中子核反应堆里的中子反射器也是混乱的漫反射而非镜面反射,同时穿透跑出去很多效率低。

反物质光子火箭示意图

另外最早的 辐射推进可能是著名德国航天工程师森格尔提出的反物质光子火箭 ,通过巨型抛物面反射镜把物质-反物质湮灭产生的光子定向反射产生推力。不过物质-反物质湮灭产生的绝大部分能量是伽马射线光子和迅速衰变然后释放伽马射线的介子,而伽马射线穿透力超强,没以知物质能折射或者反射。所以推力损失一大半,且伽马射线穿透力极强,在巨大功率下需要非常好的辐射防护,不然别说人就是仪器都受不了,虽然比用核裂变、核聚变的光子辐射强很多可还是坑爹到没可行性。

光子辐射本身也需要燃料提供能量,不是无工质等于无燃料,凭空给你能量转换为光子辐射。除非你有永动机。

要达到某些科幻迷想象中的能力,必须要永动机和能完美反射一切能量水滴材料的组合。

另外划赛艇时你用嘴向用力船尾呼气也能产生反作用力推动小船,所以就不用划桨了吧?

现实中的辐射推进是光帆,也就是太阳帆、激光帆。可以用来发射小型探测器,可预见未来很可能小于500千克。否则帆面积太大或者需要的光子辐射功率过大,给帆材料的耐热出大难题,如果是激光帆还需要超大功率激光。

要让辐射推进实用就必须大力攻关发展高性能膜材料来制造更好的光帆,膜材料一定要特别轻薄同时长寿、结实、反射率高、耐高温。

优点是自己不用带主发动机和推进剂,缺点是推力低和受制于人。

还有如果要严谨的话航天推进里用Propellant也就是推进剂这个词称呼喷射出去借助反作用力产生推力的物质,火电站锅炉里的蒸汽才叫工质。