问伊森:大气层会使飞船减速吗?

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去年,尤里·米尔纳(Yuri Milner)和史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)合作创建了Breakthrough Starshot项目。 他们的计划是使用大量激光器,以加速非常轻的激光航行。 附有“片上飞船”的帆将加速到超过光速20%的速度,并到达最近的恒星之一。 以这样的速度,他必须在一个人的生命中实现自己的目标-一项了不起的成就! 尽管此项目的实施过程中存在大量难以置信的经济和技术障碍,但亚历克斯·斯托克顿(Alex Stockton)希望取得成功,但对船舶的到来提出了疑问:
我父亲和我讨论了米尔纳和霍金所提供的航天器的功能。 父亲相信,当他达到目标时,他将能够放慢地球的大气。 我相信不可能大幅度放慢速度,而所有这些都会以强大的爆炸力结束。 谁是对的?

的确,将航天器发送到最近的行星系统只有数光年的目标,并不是通过星系简单地转移空间碎片。



我们希望建立一个充满其他世界的系统,并能够研究它们,获取数据并将它们返回给仍然生活在地球上的那些人。 由于我们的系外行星研究计划,我们已经获得了关于外星太阳系的大量信息,但是-正如在我们的太阳系中工作的新视野,黎明和卡西尼号飞行任务所示,对世界的仔细检查无法替代。



如果我们能到达那里,那将是一项壮举。 如果我们能够以正确的精度和正确的值进行瞄准和加速,那么相对于我们将到达的任何行星或太阳系,我们的速度将约为60,000 km / s。 想想看:60000 km / s,每小时2.16亿km。 如果这样的速度超出了您可以想象的一切,那么它就是这样。 它的速度超过了我们所知道的任何宏观物体的速度,这比逃离银河系引力所必需的速度高出数百倍。 如果您在途中飞散到零散的中性气体的小区域,将难以置信的加热。 确实,速度要慢数千倍,只有最先进的隔热板才能将入口转移到我们的大气中。


宇航员鲍勃·克里彭(Bob Cripen)身着Gemini-B太空舱,身受重伤,但整个隔热罩

但是,如果移动速度快一千倍,情况就会恶化一百万倍。 如果您在旅途中打开车窗,您可能会注意到一些有趣的事情:如果您以两倍的速度驾驶,则阻力会大四倍。 航天器的能量,摩擦和预热都会遇到相同的问题。 如果以两倍的速度移动,则预热速度会加快四倍,如果预热十次,则预热一百次。 要了解Starshot在大气中可以经历的情况,请想象一下与此最接近的类比:流星。



流星雨期间大多数流星坠入地球,其质量与我们的设备相当-从0.1到10克。 流星的动能量与它的质量和相对于大气的速度的平方成正比。 这些流星飞快:从20到110 km / s,通常在瞬间就在大气中燃烧掉。 在强烈而美丽的流星雨期间,您可以在一夜之间看到数十个甚至数百个突发的天空。



现在我们来看看太空飞船:它的质量可以媲美流星,但是速度要高出1000倍。 这意味着需要耗散的动能将比典型的流星大1,000,000倍。 一颗与以60,000 km / s的速度移动的1克航天器相撞的行星将遭受与与一颗以60 km / s的速度移动的重达1吨的小行星碰撞的行星相同的灾难:地球每十年发生一次。


1860年流星,艺术家Frederick Edwin Church

以这种速度,当电子被原子/分子撕裂时,航天器的物质将变成等离子体。 他们计划建造的这种薄而分散的船将在几微秒内分解-很好,因为克服与地球相当的大气层厚度仅需1000微秒。



为了使航天器保持完好无损,最好依靠到达点上存在的相同激光器阵列,该激光器可以用与加速频率相同的光照射飞船。 我们在创造可以反射一定频率入射光的大约99.999%的材料方面做得非常好-因此,这种设备的概念拥有生命权。 但是,如果您碰到这种频率的光以外的任何东西-进入任何其他辐射或物质-您将吸收大量的能量。 在这些速度下,这将意味着瓦解。 因此,我很遗憾地通知您和您的父亲亚历克斯,大气阻力会减慢您的太空飞船的速度,但会以大火的形式发生,它将摧毁飞船上的所有物体,直至单个原子。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN402981/


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