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比起工質引擎,輻射推進到底好在哪裏?

2021-05-31知識

首先很多人科幻看多了沒意識到航天飛行絕大多數時間是依靠慣性飛行,不需要時刻開著發動機噴東西才能前進。航天器於其說像飛機、艦船,不如說是可以調整軌跡的炮彈。缺乏這種基本常識導致對所謂無工質發動機的特別執念。

然後重復一遍:劉慈欣是出色的作家但絕不是天文學家更不是航天工程師,科幻不是科學,沒必要把科幻小說裏當真。 真的喜歡想實作星辰大海應該去看錢學森寫的而不是劉慈欣寫的。

科幻小說是藝術,強調炫酷高大上於是就喜歡瞎堆砌術語概念,本身不會考慮太多太嚴謹,畢竟又不是學術論文(當然是學術論文裏也有很多無腦粗糙、水的),結果容易東施效顰。三體裏那個所謂的無工質輻射推進完全是笑話,一個太空探照燈。

這好比是把液氧煤油放在封閉透明燃燒室裏燒外面加個拋物面反射鏡,把液氧煤油火箭發動機給搞成超級 煤油探照燈 ,然後用燃燒產生的光輻射的光壓來推進而不是用噴管噴廢氣那樣可笑。如果發射天舟2號的長征7號用那種方式推進,燒完推進劑估計也紋絲不動( 可能會被海風吹的有點晃 ),因為推力過低。

所以比起劉牌無工質輻射聚變發動機,我覺得還是讓火箭燒無煙煤更科學合理多 ——把煤粉混進橡膠或者塑化劑(粘合劑作用)還有高氯酸鹽或者硝酸鹽(氧化劑作用)裏還真能作為固體火箭燃料,真的能飛起來,當然切勿輕易在家嘗試。

還有這玩意也不是劉慈欣的發明, 早就有一種坑爹到弱智的想法就叫 核光子火箭 ,是把核反應堆裝在拋物面反射鏡焦點上,把核反應堆釋放的光、熱輻射給定向反射產生推力。 三體裏無非是把裂變堆改成核聚變更高大上,同時給你個120G的瘋狂加速度。此外核聚變釋放的能量大部份是粒子輻射而不是光子,例如氘-氚聚變大部份能量是中子輻射,不是你用鏡子能輕易引導的,快中子核反應堆裏的中子反射器也是混亂的漫反射而非鏡面反射,同時穿透跑出去很多效率低。

反物質光子火箭示意圖

另外最早的 輻射推進可能是著名德國航天工程師森格爾提出的反物質光子火箭 ,透過巨型拋物面反射鏡把物質-反物質湮滅產生的光子定向反射產生推力。不過物質-反物質湮滅產生的絕大部份能量是Gamma射線光子和迅速衰變然後釋放Gamma射線的介子,而Gamma射線穿透力超強,沒以知物質能折射或者反射。所以推力損失一大半,且Gamma射線穿透力極強,在巨大功率下需要非常好的輻射防護,不然別說人就是儀器都受不了,雖然比用核分裂、核聚變的光子輻射強很多可還是坑爹到沒可行性。

光子輻射本身也需要燃料提供能量,不是無工質等於無燃料,憑空給你能量轉換為光子輻射。除非你有永動機。

要達到某些科幻迷想象中的能力,必須要永動機和能完美反射一切能量水滴材料的組合。

另外劃賽艇時你用嘴向用力船尾呼氣也能產生反作用力推動小船,所以就不用劃槳了吧?

現實中的輻射推進是光帆,也就是太陽帆、激光帆。可以用來發射小型探測器,可預見未來很可能小於500千克。否則帆面積太大或者需要的光子輻射功率過大,給帆材料的耐熱出大難題,如果是激光帆還需要超大功率激光。

要讓輻射推進實用就必須大力攻關發展高效能膜材料來制造更好的光帆,膜材料一定要特別輕薄同時長壽、結實、反射率高、耐高溫。

優點是自己不用帶主發動機和推進劑,缺點是推力低和受制於人。

還有如果要嚴謹的話航天推進裏用Propellant也就是推進劑這個詞稱呼噴射出去借助反作用力產生推力的物質,火電站鍋爐裏的蒸汽才叫工質。