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突破星擊光帆飛行器往比鄰星b 後須要減速 +巴薩德衝壓發動機
2024-11-20 21:21:58 *
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作者 主題: 突破星擊光帆飛行器往比鄰星b 後須要減速 +巴薩德衝壓發動機  (閱讀 25311 次)
peter
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文章: 49309



« 回覆文章 #15 於: 2016-04-14 14:37:42 »

突破聆聽計畫公布一些資訊

http://www.cnbeta.com/articles/492409.htm

去年7月英国皇家学会启动了一项旨在搜索外星生命无线电信号的“突破聆听举措( Breakthrough Listen Initiative)”项目。今年1月科学家开始通过使用位于美国西弗吉尼亚州的绿岸射电望远镜及位于加州的自动行星探测器(APF)对距离地球最近的恒星进行严密监测,近日他们也在该项目网站上公布了获得的首批数据。

截止目前,科学家进行的观测包括距离地球最近的大多数恒星(包括飞马座51等恒星)和16至160光年之间的恒星样本。此外,他们还主要针对观察双星星系及最近的螺旋星系等。在“突破聆听”项目中,包括霍金在内的科学家将利用强大的射电望远镜及世界各地的光学望远镜,开启为其10年的搜寻外星生命之旅。 科学家称这个项目在一天内收集到的数据超过以往一年收集的数据, 对外太空的搜索范围也将比以往高出10倍,其搜索灵敏度和精确度将是以往的50倍。
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« 回覆文章 #16 於: 2016-04-15 00:06:49 »

http://technews.tw/2016/04/14/breakthrough-starshot-project-to-alpha-centauri/

 https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=wMkWGN1G6Kg
 
 
霍金與 Milner  啟動「突破星擊」 Breathrough Starshot)計劃 奈米太空船艦隊透過雷射光發射陣列送達南門二星系

英國天文物理學家霍金(Stephen Hawking)與俄國富豪 Yuri Milner 又要再度攜手了!
繼先前砸下 1 億美元的外星智慧生命探索計劃「突破聆聽」(Breakthrough Listen)後,

這次,霍金與 Milner 將啟動「突破星擊」(Breathrough Starshot)計劃,要開發以光束驅動的無人奈米太空船艦隊,
飛抵距離太陽最近恆星系、4.37 光年外的南門二星系(Alpha Centauri),且預計飛行時間僅需短短 20 年。

對於太陽系之外的廣大宇宙世界,我們目前頂多只能透過天文望遠鏡來解答一個又一個謎團,畢竟要以人類現有技術離開太陽系,
又是一個得歷經漫長歲月與突破性技術的浩大想像與工程了。雖然 NASA 於 1977 年發射的「航海家 1 號」(Voyager 1)太空探測船,已在 2013 年飛出太陽系,
成為有史以來距離地球最遠的人造飛行器,也是第一個進入「星際空間」的人造物體,不過,以航海家 1 號目前的飛行速度來看,
進入星際空間後,要抵達下一個行星系還需要 4 萬年的時間,也就是說,即便是已飛離太陽系的航海家 1 號,也無法為我們捎來關於外太空的任何訊息。
「突破星擊」計劃由 NASA AMES 研究中心前主任 Pete Worden 所帶領、Facebook 執行長祖克伯(Mark Zuckerberg)、
霍金與 Milner 共同擔任計畫董事會成員,要透過光束與光帆(lightsail)將有史以來最輕的奈米太空船(Nanocraft)送達南門二星系,
這座奈米太空船就好比太空版的帆船,由星晶片(StarChip)與光帆組成。StarChip 等於是太空船的本體,僅僅幾克重的晶片中,
要載運太空船的相機、光子推進器、電源供應器、導航與通訊設備等;光帆規模則約數公尺長,厚度極薄、僅僅為數百個原子組成,至於重量也僅有幾克重。

Milner 認為,以奈米科技目前的進展來看,要研發出 StarChip 不是不可能。光是這項科技就夠讓人覺得難度十足了,
但團隊不只是想做出一個奈米太空船,他們所設想的是數百個、甚至是數千個奈米太空艦隊。而驅動這支奈米太空船艦隊的,
則是雷射光發射陣列,這座陣列可能長達數公里長,計劃興建在乾燥的高海拔地區陸地上,規模可能達到 100 GW。

不過,要怎麼將奈米太空船艦隊透過雷射光發射陣列送達南門二星系呢?
完成雷射光發射陣列的興建後,工程師會研發出一套能夠在每次發射光束時,產生與儲存數千兆瓦小時(gigawatt hours)能量的系統,
而為了要將奈米太空船先載運到外太空軌道,再由地面發射的雷射驅動飛行,勢必得先有一艘航空母艦將奈米太空船艦隊集體送上太空,
等到艦隊被送上太空後,科學家會將雷射光束對準奈米太空船的光帆,將每座奈米太空船加速使其達到目標飛行速度——約為光速的 20%,
相當於每秒 6 萬公里,接著,「假如」一切都順利的完成運作,奈米太空船艦隊就要帶領人類航向南門二星系了。
至於其在旅途中所見的宇宙風光,科學家將會透過發射時使用的雷射光發射陣列來接收回傳訊號。
即便南門二星系是距離我們最近的恆星系,仍距離太陽達 4.37 光年之遠,相當於位在 25 兆英里之外,若一般太空探測器要到達南門二,
需要花上漫長的 3 萬年,但在霍金與 Milner 的計畫中,這一切只需要短短 20 年的時間。
要將 3 萬年壓縮成 20 年的歲月,所需耗費的計畫資金、技術與時間勢必相當驚人,雖然團隊宣稱這項計畫預計投注的資金為 1 億美元,
但實際上所花費的金額可能遠高於此,負責這項計畫的團隊也表示,「突破星擊」計畫需要克服「重大的工程技術挑戰」,且最終所花費的資金與其規模,
可能會打破所有現今科學實驗計畫的紀錄。要怎麼將奈米太空船艦隊透過雷射光發射陣列送達南門二星系呢?


 
« 最後編輯時間: 2016-04-17 09:11:54 由 peter » 已記錄

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« 回覆文章 #17 於: 2016-04-16 08:25:44 »

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http://www.cnbeta.com/articles/492971.htm

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« 回覆文章 #18 於: 2016-04-16 22:49:16 »

100 GW 是台灣平均用電量的4倍左右

核四也才2.7GW
100GW = 核四的37倍

100GW的雷射啟動 不知道要多少電費, 也不知道當地的電網撐不撐得住....
而驅動這支奈米太空船艦隊的,則是雷射光發射陣列,這座陣列可能長達數公里長,計劃興建在乾燥的高海拔地區陸地上 <==按照這樣的描述 那邊目前應該連電網都還沒有

困難重重的計畫....

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We are bound to determine that we're not alone!
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« 回覆文章 #19 於: 2016-04-22 22:37:32 »

奈米太空船 
http://technews.tw/2016/04/20/breathrough-starshot-nanocraft/
霍金的「突破星擊」計畫中一個很重要的點是「奈米飛行器」,霍金的名氣令這項野心勃勃的計畫更加激動人心。然而,奈米太空船這項計畫儘管在理論上是可行的,在工程技術實現上卻是一個大膽的冒險。下面為大家介紹「奈米太空船」。


「突破星擊」計畫中提出的「奈米太空船」,可以在短短幾分鐘內加速到光速的五分之一,即每秒鐘飛行 6 萬公里。相比之下,迄今為止人類歷史上飛行速度最快的太空船——「新視野號」在飛越木星加速後的峰值速度,也僅每秒鐘飛行 20 公里(每小時 7.5 萬公里),這一速度飛到冥王星就用了 10 年時間,如果以這一速度飛到比鄰星至少需要 1 萬 4 千年以上,顯然是人類不可以接受的。
因此,米爾納和霍金希望研製速度為光速五分之一的「奈米太空船」,在 2、30 年內就可以飛越 4 光年以上的距離,主要目的是希望快速抵達離我們最近的另一個恒星系統,去探索那顆恒星周圍的行星,在帶去人類資訊的同時,也把那裡的資訊帶回地球。「奈米太空船」主要由兩部分構成:電腦晶片大小的「星晶片」和不過幾百個原子那麼厚的「太陽帆」。其中,僅有數克重的星晶片上攜帶著攝影、導航和通訊等設備。按照計畫,科學家需要先在地球上建造大規模的基地雷射發射器,然後發射一個太空船,將數千個「奈米太空船」帶入太空。「奈米太空船」進入太空後張開光帆,地面上的雷射發射器聚焦雷射光束,發射強大能量的雷射,把雷射打在光帆上,提供「奈米太空船」飛行的動力。這一方案從理論上是可行的,但至少在目前,還沒有能力製造出飛行速度達五分之一光速的飛行器。

地球上需要建設巨大的鐳射發射器陣列,向太空發射聚焦雷射光束。



地球上發射功率強大的聚焦雷射光束,推動太陽帆加速飛行,把「奈米太空船」加速到光速的五分之一。

所謂太陽帆,是靠太陽光的光壓推動帆面,進而提供推力的結構。由於太陽光的光壓很微小,星際旅行所需的太陽帆面積要非常龐大,而且要先把太陽帆摺疊起來,用火箭把它帶入太空,然後在太空中展開。

太空中沒有任何空氣阻力存在,依靠這種微弱推力能為足夠大面積的太陽帆提供 10e^-55~10e^-3g 左右的加速度。為了保證航向的正確,還需要調整帆面張開的角度和方向。

 
這個大膽設想面臨的挑戰十分巨大

難處一,雷射推進需要在地面建設強大雷射源,不斷地跟蹤、照射飛行器,但雷射源從遙遠距離怎樣才能一直瞄準這麼小的「奈米太空船」?

難處二,由於光的能量與距離平方成反比,隨著太空船離地球越來越遠,雷射所能提供的動能也會迅速衰減。

難處三,即便「奈米太空船」真的飛到了比鄰星,如何把資訊傳回來也是一個巨大的困難。目前太空船上都有一個外形像鍋子一樣的天線,向地球方向發射無線電波,然後被地球上的大天線接收,但這種方法顯然不能用於「奈米太空船」。因此需要一種全新的通信訊體制,既能十分輕便,又能避免能量快速衰減,而無法傳遞到地球。

探索未知世界是人類的天性,科學家受好奇心驅使,總是處於人類創新的前端。成功的科學家和投資者有共同的特質,那就是既需要往前的勇氣,也需要嚴細慎實的精神。


直接地球上  發射阿拉斯加大砲嗎?? 
http://familystar.org.tw/index.php?option=com_smf&Itemid=39&topic=23114.msg208473#msg208473
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« 回覆文章 #20 於: 2016-05-11 00:12:30 »

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http://www.universetoday.com/128825/can-really-get-alpha-centauri/

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« 回覆文章 #21 於: 2016-05-31 08:52:17 »

叫  突破攝星  ?

wiki 
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%AA%81%E7%A0%B4%E6%91%84%E6%98%9F

Starshot  翻做 攝星


http://www.nanzao.com/tc/international/1540a366dca5c2c/tu-po-xing-ji-ren-lei-shi-shang-zui-da-dan-tai-kong-ji-hua-na-mi-fei-chuan-20-fei-di-a-er-fa-xing
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« 回覆文章 #22 於: 2016-06-07 00:16:59 »

http://www.cnbeta.com/articles/508035.htm
近日宣布的“突破摄星”计划似乎将会引发一轮恒星探索热,该计划旨在将一艘由私人赞助的小飞船送往临近恒星。5月23日,帮助起草美国宇航局(NASA)预算的一名国会议员呼吁该机构开始设想这项星际探索计划,其目的是在2069年即“阿波罗11号”登陆月球100年之后,向距离地球最近的恒星系统半人马座阿尔法星发射一个探测器。


艺术家设想的星际飞船利奥诺拉·克莉丝汀号,灵感来源于Poul Anderson上世纪70年代的科幻小说《宇宙过河卒》,该飞船由巴萨德冲压发动机驱动。图片来源:Tau Zero/Flickr

众议员John Culberson是一位自学成才的航天迷,他是众议院拨款委员会管理NASA的分会主席,他在当日公布的一项委员会报告中对这一雄心勃勃的航天计划做出了倡议。与该报告同时发布的还有NASA的2017年经费预算,该预算将从今年10月1日开始执行,众议院拨款委员会已于5月31日对这一草案作出决议。

在这份报告中,Culberson所在的委员会“鼓励NASA研究及开拓推进理念,从而让星际科学探测器拥有0.1c(光速的1/10)的巡航速度”。该报告并未授权任何额外的资金,而是呼吁NASA在1年内起草一份科技评估报告和概念路线图。

很多科学家认为星际旅行属于科幻范畴。这主要是因为其涉及的距离过于遥远。半人马座阿尔法星距离地球4.4光年,即近40万亿公里。到目前为止,已发射的速度最快的宇宙飞船是NASA—德国联合建造的太阳神号探测器,其速度为25万公里每小时。若以此速度计算,到达这颗距离太阳系最近的恒星需要1.8万年。想要在一个人的生命周期内到达那里的任何一个地方,宇宙飞船就必须达到与光速相近的速度,如果速度能够达到光速的10%,那么就可能在44年左右到达半人马座阿尔法星。

若要实现如此快的速度,所需要的能量是巨大的,即便是对于一个质量相对较轻的探测器也是如此。这一挑战使得由俄罗斯互联网巨头兼亿万富翁尤里·米尔纳支持的这项“突破摄星”计划,提出研发一个基于单个芯片的、质量不足1克的探测器。为了避免加速度异常大的引擎及其所需要的大量燃料,探测器将需要有像羽毛一样轻的大光帆,可以通过地球上高强度的激光阵列将其速度提升到光速的20%以上。

众议院报告坦承,常规的推力方式,如化学、太阳能电池以及热核技术永远不能实现这样的星际速度。它提出了一些NASA可能希望探索的道路,其中包括基于核聚变的推力。然而,由于目前在地球上将这种技术作为常规电能使用仍处于研究之中,因此研发出可在太空中使用的核聚变推进器仍需要相当长时间。报告中提到的一种选择方式是利用反物质—催化核聚变技术,它可以通过一系列热分子爆炸启动飞船。地球上的氢弹是由常规原子弹加入铀或钚实现的;而在反物质触发的爆炸中,一个反物质小球会碰到常规的物质,它们相互湮灭后就会引发爆炸,并引发更大规模的热核爆炸。然而,如何保护飞船及其成员不受爆炸力的影响仍是一个尚未解答的问题。

众议院报告中提到的另一种未来主义技术是巴萨德冲压发动机,该技术可以让飞船在旅行过程中,利用电磁场从星际介质中攫取氢气,并将其充分压缩形成核聚变,从而形成驱动飞船的推力。巴萨德冲压发动机在科幻小说作者中非常受欢迎,因为这种发动机永远不会耗尽燃料,而是在飞行过程中进行补给。

此外,报告中还提到了“光束能量方式”,不过这些对于很多空间科学家来说似乎都是不可能实现的科幻想法。该报告还提及,NASA创新先进概念(NIAC)项目已经在支持一项“驱动晶片大小的、速度可达0.1c的太空飞船的能量推力”的研究。这一目标或许听起来有些耳熟,这并不奇怪。因为另一项叫作定向能推进星际探索(DEEP IN)的受质疑的项目,也是米尔纳“突破摄星”计划的灵感。

但哈佛大学天体物理学家、给米尔纳提建议的Avi Loeb则对此项目非常感兴趣。他表示,自己已经发表了两篇相关文章。“这比人类登上月球更加具有挑战。”他说,因为其中涉及到当前许多现有技术尚不能达到的地方。“未来几年将是振奋人心的。我们的荣誉就要依赖这项工程了。”

NIAC将成为NASA星际项目研究最适宜的家。华盛顿特区NIAC项目执行官Jason Derleth说,该机构正在资助“接近科幻小说但却并不过分”的研究项目。他对国会的新兴趣表示欢迎。“任何人只要对我们正在做的事情有兴趣,对这个机构来说就是一件好事。”

那么,未来究竟是NASA还是米尔纳带领“突破摄星”计划呢?Loeb表示,他觉得两者有可能合作。“我们要注意的地方应该是那个球,而不是谁会拿着它。”他说。
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« 回覆文章 #23 於: 2016-06-07 16:44:07 »

美國將測試 霍金提  Breathrough Starshot 迷你太空船

http://www.cnbeta.com/articles/508531.htm
7月6日,作为一项具有里程碑意义的部署,一堆大约100张便利贴大小的小卫星将被发射到国际空间站。经过几天短暂的测试,在飘离轨道并被地球大气层烧毁之前,这些极小的卫星将传输关于其能量载荷及方向的数据。 这些平面直角小卫星的每条边仅有3.2公分长,其重量约为5克,它们被设计用于一个博士计划



然而这些小卫星即将在宇宙空间迎来的测试却是广为宣传的“突破摄星”计划的第一步,后者是由俄罗斯亿万富翁Yuri Milner牵头的一项将小型探测器送上星际旅途的尝试。

从事将小卫星送往木星卫星木卫二可行性研究的美国马萨诸塞州剑桥市非营利查尔斯·斯塔克·德雷伯实验室航天工程师Brett Streetman说:“我们非常兴奋。”他表示:“此举将为小卫星平台留下飞行遗产,同时向人们证明,它们是真实的,并且具有真正的潜力。”

这些探测器是逐渐增加的小卫星家族中最小的成员。自2003年以来,研究人员已经发射了数百枚10公分大小的立方体卫星——仅2015年就超过120枚。

坦佩市亚利桑那州立大学工程师Jekan Thanga如今正在从事一种更小的“毫微微卫星”的研制工作。Thanga表示,这种3公分的立方体卫星具有第一代立方体卫星的技术能力。而此次发射的小卫星更小也更便宜,其所装载的一次性处理器使其能够完成一些探测危险环境的自杀式任务,例如对土星环的探测。

Thanga表示:“它们都是下一代空间任务工具箱的一部分。”

名为KickSat-2的即将到来的小卫星测试是由纽约州伊萨卡市康奈尔大学研究人员开发的众筹项目的第二阶段。2014年4月18日,鞋盒大小的KickSat-1探测器被成功发射升空,但在因一次宇宙射线爆而重置其释放系统时钟后,该探测器未能成功部署其运载的货物——104枚小卫星。最终,KickSat-1坠出轨道,并携带着这些小卫星在大气层中烧毁。

航空工程师Zachary Manchester在康奈尔大学航空航天工程系读博士时制造了这些卫星。他说:“我有点沮丧。”幸运的是,足够多的备用配件使得第二批小行星的制造变得又快又容易。

这些小卫星被称为“精灵”,它们携带了差不多一对60毫安的太阳能电池、一个无线电发送装置以及一支天线。KickSat-2的有效载荷包括一些更新的“精灵”

研究人员已经通过“精灵”的原型证明其可以在太空严酷的环境中运行。2011年,3枚小卫星被粘附在国际空间站的外围。当科学家于2014年将其取回时,它们仍在工作。

率领康奈尔大学小卫星团队的航空工程师Mason Peck表示,商业电子技术能够胜任太空中的真空和极端温度是一件“非常了不起的事情”。然而在飞往太空深处的过程中,小卫星的电子器件面临着宇宙辐射的风险。

Peck指出,“精灵”有大量的科学任务可供选择。他说,这些小卫星可以被用来核实空间碎片在上层大气中的行为模型。

为了应对长期星际旅行的目标,小卫星需要有更好的激光通讯功能。作为“突破摄星”咨询委员会的成员,Peck和Manchester认为,这应该是有可能的。Peck表示:“我们还有很长的一段路要走。”

近日宣布的“突破摄星”计划旨在将一艘小飞船送往临近恒星。这项星际探索计划的目的是在2069年即“阿波罗11号”登陆月球100年之后,向距离地球最近的恒星系统半人马座阿尔法星发射一个探测器。

原标题:美将发射一批微小卫星 旨在为“突破摄星”计划探路
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« 回覆文章 #24 於: 2016-06-07 16:51:03 »

Tiny 'chipsat' spacecraft set for first flight

http://www.nature.com/news/tiny-chipsat-spacecraft-set-for-first-flight-1.20006



100 sticky-note-sized ‘chipsats’

100個 tiny chipsats
晶片般大小 有何功能  ??



http://boingboing.net/2016/03/15/tiny-satellite-that-spews-out.html

http://allcompanies.website/2016/06/04/devices-that-want-to-send-to-alpha-centauri-similar-to-floppy-disks/





How a small satellite could reveal big details about Jupiter’s icy moon
http://www.astronomy.com/news/2016/05/how-a-small-satellite-could-reveal-big-details-about-jupiters-icy-moon


* 圖片 1.jpg (28.41 KB, 566x343 - 已被閱讀 355 次.)

* 圖片 2.jpg (69 KB, 600x330 - 已被閱讀 377 次.)
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« 回覆文章 #25 於: 2016-06-30 21:09:34 »

MOD 播 這些 小衛星  會被發射後彈出上百, 每個成本 U$20 .. 可以幫助人類

可能用來監測太空中小行星

http://www.bbc.com/news/technology-27444158





Tiny KickSat Sprite satellites hitch ride into orbit


http://www.popsci.com/five-cubesats-chosen-to-join-asteroid-impact-mission
« 最後編輯時間: 2016-06-30 21:22:29 由 peter » 已記錄

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« 回覆文章 #26 於: 2016-08-25 13:16:20 »

http://www.cnbeta.com/articles/532801.htm

得到传奇宇宙学家史蒂芬·霍金和Facebook CEO马克·扎克伯格支持的“Breakthrough Starshot”项目,旨在向我们的星际邻居(半人马座阿尔法星附近)发送一颗邮票大小航天器。不过现在,它有了一个新的目标。周三的时候,人们有了一个历史性的发现——在那最小的恒星系中,竟然有一颗类地行星(Proxima b),而Breakthrough Starshot也在离地前,突然有了新的紧急关注点。

今年4月份的时候,亿万富翁Milner和史蒂芬·霍金宣布了该项目。

本周三,哈佛大学天文部兼Breakthrough Starshot顾问委员会主席Abraham Loeb在一封邮件中表示:“这一发现可能激励该项目,为本次飞跃任务提供了一个明确的目标”。当然,要发射Breakthrough Starshot这颗微型航天器,还得等到5-10年后。在此之前,还有许多技术验证与可行性研究要做。强大的地面激光束,将被用于加速该航天器的太阳帆(至约1/5光速)

据Loeb所述,Starshot顾问委员会的初始目标是在20-30年内发射该航天器,然后展开长达20年的旅程。

不过每张图片都要等待4年才能回传至地球,所以我们要等上半个世纪才能初次见到Proxima b的真实样貌。

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« 回覆文章 #27 於: 2016-08-26 08:47:16 »

光速的20%飞行将会有多危险
http://www.cnbeta.com/articles/533109.htm

“突破摄星”项目是过去十年中提出的最令人激动的科学设想之一。该项目计划向距地球最近的恒星发射航天器,目前在世的大多数人在有生之年都能亲眼见证。虽然从理论上来说,在对现有技术做适当延伸之后,该设想是可以实现的,但还有大量细节需要验证,因为有一个问题对于该项目来说可能是致命性的。先来听一点好消息:“突破摄星”正在为必需的研究项目提供资金赞助,仔细验证该项目运用的科学概念。该团队近日在arXiv网站上发表了一篇论文预印本,详细地分析了在高速航行时、航天器能经得住这种长途旅行的概率有多大。总的来说,事情看上去还是很顺利的,但分析结果显示,航天器还需要在防护罩上再下一点功夫,仅仅是一小粒灰尘,就有可能引发灾难性的后果。

该研究团队由四名天文学家组成,他们关注的是最为基本的问题之一:航天器的生存几率。“突破摄星”项目希望能把航天器加速到光速的20%左右。以这样的高速飞行时,甚至一个小小的原子都能让航天器受到严重破坏,如果与灰尘相撞,结果更是灾难性的。因此该研究团队希望能弄清发生这种碰撞的风险究竟有多大。

从地球到最近的恒星之间的空间并非空无一物。早期形成的恒星在宇宙中留下了少量细小的尘埃粒子,各类宇宙活动也产生了很多单个的原子,四处分散在宇宙中。这些粒子会对航天器造成严重的威胁,科学家们对它们分别进行了单独研究。

如果撞上一个原子,主要的问题不在于碰撞本身,而是撞击产生的能量会聚积在航天器中,造成局部过热,这会带来两种后果。如果温度过高,航天器所用的材料就会蒸发到太空中;而如果温度没那么高,就会出现局部材料融化,这部分材料重新凝固之后,材料的性状就会发生改变。

研究人员利用石英(二氧化硅)做了撞击测试,利用测试中得到的信息,再加上对宇宙中气体浓度的测量结果,研究人员通过计算,描述了飞行过程中可能遭遇到哪些损伤。研究结果发现,虽然氢原子和氦原子是航天器可能撞上的最常见的粒子,但质量更重的原子、特别是氧原子、镁原子和铁原子等,会对航天器造成更严重的伤害。

尘埃则会带来另一个问题。如果航天器撞上了体积较小的尘埃,效果就像同时撞上了很多个气体原子一样。因为与撞击产生的能量相比,把这些原子联结成一粒尘埃的能量几乎微不足道,况且构成尘埃的主要是质量较重的原子。但如果尘埃的体积大到一定程度,撞击产生的能量就足以摧毁航天器。而且所谓的“大到一定程度”也并没有多大,研究人员估计,尘埃的直径只需要达到15微米,就足以毁掉整艘航天飞船了。幸运的是,像这么大的尘埃粒子是很少见的,撞上的几率大约是1050分之一。

总的来说,研究人员认为,气体原子对航天器的影响是很小的,造成的伤害顶多只有0.1毫米深。但尘埃就不一样了,航天器撞上尘埃之后,表面可能会有1.5毫米厚的材料蒸发掉,如果材料融化的话,深度更是可能达到10毫米深。而航天器上的每一点材料都至关重要,因此这会对航天器造成十分严重的伤害。

研究人员提出了几种可能会降低撞击风险的方法。最简单的一种方法是,减小航天器在前进方向上的横断面面积,如将太阳能板折叠起来、藏在防护罩后面等等。航天器的主体部分也将做成子弹型,以便减少可能会撞上灰尘的区域面积。不过,如果太阳能板需要用来和地球取得联系的话,这种方法或许就不可行了。

既然最大的问题是局部过热,该研究团队还提出,在航天器前部增装一层石墨,以便更高效地分散热量。研究人员把石墨与石英对比后发现,使用了石墨之后,由撞击引发的损失可以大大降低。

但研究人员并未解决由撞击产生的动能改变问题。每一粒尘埃粒子都会让航天器上的一小部分材料蒸发到太空中,从而对航天器产生反作用力,使它的运行方向发生轻微的改变。日积月累,这些撞击坑会均匀分布在航天器的表面,但航天器的飞行轨迹也会发生一定的变化,这要取决于撞击分布的均匀程度,以及经受撞击的时间。

因此,这些撞击可能会增加航天器抵达目标星球的难度。考虑到航天器上搭载的传感器质量也许会受到一定限制,要想让航天器飞到其它恒星附近,也许并不是一件简单的事情。
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« 回覆文章 #28 於: 2016-08-26 08:48:59 »

http://www.universetoday.com/130458/shields-mr-sulu-cruising-20-speed-light-inherent-risks/

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« 回覆文章 #29 於: 2016-09-07 08:17:10 »

http://www.cnbeta.com/articles/536663.htm

(Breaktdivough Starshot)項目正式啟動。這項最終耗資可能達50-100億美元的太空搜索項目,旨在研發名為“星片”(StarChip)的光帆飛行器,以期能以五分之一光速(每秒6萬千米),經過約20年的航行時間抵達半人馬座α星,并在到達后再經過約4年的時間向地球傳回信息。

事實上,“突破攝星”計劃的雛形至少在10年前就已被提出。這類恒星際計劃都準備向距離太陽系最近的恒星發射速度至少為十分之一光速的飛船,這樣的速度可以保證世界上有相當一部分人可以在有生之年見證整個探測結果。

盡管恒星際探測計劃在理論上沒有違反任何已知的物理和數學規律,但計劃的諸多細節卻仍必須審慎推敲。近日,在“突破攝星”項目的資助下,由4名天文學家組成的團隊在arXiv上發表了1篇該計劃的技術可行性研究論文。

該論文探討了一艘以光速的幾分之一飛行的飛船安全到達目標恒星的可能性,其結論是:宇宙塵埃是恒星際準光速飛行的重大威脅,因此飛船必須考慮適當的防護措施。

此外,技術可行的防護措施并不能完全避免足以毀滅飛船的災難性碰撞的發生。

危險的極速旅行

“突破攝星”項目計劃發射速度達五分之一光速的飛船。

在這個速度下,飛船即使同一個單原子發生碰撞也可能發生損壞;若同一粒塵埃相撞則會徹底毀滅,因此,研究團隊從理論上估計了碰撞發生的概率。

要知道,地球與最近恒星之間的空間并非真空。數十億年前,創造太陽系的超新星爆發將一批塵埃散布到太陽系周圍,此外還有其他一些宇宙物理過程把單原子散布在恒星際空間。與單原子發生撞擊并不足以直接破壞飛船的結構,但是撞擊能量仍能把撞擊區域加熱到很高的溫度。

一方面,足夠高的溫度會使得飛船材料蒸發;另一方面,即使未達到蒸發溫度,材料的特性也會被高溫改變,從而影響其結構特性。

通過對星際氣體密度的測量和一些實驗室研究,科研團隊在多種假設下計算了碰撞造成的損害。

研究結果表明:盡管氫和氦原子是最常見的星際原子,但更重的氧、鎂和鐵單原子是破壞的主要來源。

來自星際塵埃的威脅又有所不同。小星際塵埃類似于一批單原子同時撞擊飛船,破壞主要來自加熱,但足夠大的星際塵埃可以在碰撞中直接摧毀飛船。

那么“足夠大”是多大呢?15微米,人類頭發的直徑的四分之一。

幸運的是,“足夠大”的塵埃很少,因此它們碰到飛船的概率估計僅為10的50次方分之一,地球上最安全的交通工具也遠達不到這個概率。

過熱并不是唯一的危險

另外,文章沒有定量回答的一個問題是:撞擊對飛船速度的影響有多大。實際上,每次撞擊都會令飛船損失一點速度。

更重要的是,每次微粒飛來的方向未必會和飛船的飛行方向共線,這樣,飛船的方向也會改變。

盡管從理論上來說,撞擊來自任何一個方向的概率是相等的,因此隨著時間的推移,飛船的真實飛行方向將無限逼近設計飛行方向。在這個理想狀態下,微粒的撞擊對飛船方向的改變并不明顯。

但是,目前沒有足夠資料來估計這種理想狀態要花多久才能達到,以及任意時刻飛船飛行方向的不確定性有多大。

此外,考慮到人類只能把很小的飛船加速到20%光速,飛船上搭載的相機鏡頭不會很大。為了獲得該恒星周圍行星的圖像,飛船就必須飛到離恒星很近的地方,而那里的星際微粒密度比星際空間高得多。而星際微粒正是太陽系飛船到達臨近恒星的重大障礙,所以會更加危險。




可能的對策

關于對策,科研團隊的結論是,在飛船表面,星際單原子至多造成0.1毫米深的撞擊坑,而星際塵埃可以造成1.5毫米深的撞擊坑,并融化坑底部1厘米厚的材料,所以,這種破壞必須加以防護。

科研團隊建議了幾種降低碰撞危害的方法。最簡單的方法是把飛船做得盡可能細長——這要求在塵埃密集的初始階段,不能把飛船的光帆張得太大,最好把光帆置于護盾后。

此外,飛船的主體也必須盡可能細長,減少可能發生撞擊的面積。然而,由于光帆同時還充當地球和飛船之間的通信天線,減小光帆可能會導致通信中斷。

此外,由于撞擊主要造成熱損害,因此可以在飛船前加一層石墨,有效地將撞擊熱分散。實驗已經證明,石墨是一種有效的散熱材料。

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