人類能登陸火星?NASA飛船引擎今昔概覽

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【大紀元2015年10月21日訊】(大紀元記者張秉開編譯報導)也許科幻電影的震撼視覺享受讓人覺得只要利用技術就無所不能,去火星將是家常便飯一樣的輕鬆往來。實際上,現實的星際旅行仍是困難重重。

據《赫芬頓郵報》10月20日報導,由於受限於飛船的動力系統、人體反應等條件,目前地球人的火星旅行計劃面臨很多挑戰。如果使用效率低下的化學燃料火箭,只能進行長時間的星際旅行。普遍認為,按照現在的太空載人技術,火星之旅單程約需250天,往返會長達500多天。宇航員在長期失重的太空旅行環境中,健康和安全都可能遇到嚴重問題,如太空射線的輻射損傷、免疫系統受損和眼損傷等等。

報導說,回顧美國航空航天局的火星探測發展歷史,可以體會航天技術的一些發展情況。

過去曾設想核動力飛船

核動力飛船構想圖 (維基百科)
核動力飛船構想圖 (維基百科)

航空航天局早在1966年即有發展核動力火箭的項目。他們曾做過NERVA NRX/EST核引擎實驗,證明核引擎產生高達113.5噸推力,並連續運轉90分鐘。

航空航天局的沃納‧馮‧布勞恩(Werner von Braun)曾構想阿波羅計劃後使用NERVA發動機作為土星五號火箭的第三級動力,並樂觀地期待1978年實現到達火星,甚至可以在1981年建立龐大的月球殖民地。

空間核動力推進辦公室( Space Nuclear Propulsion Office )也擬定建10個核引擎飛船的計劃(6艘用於地面試驗和4艘用於飛行試驗)。但是該計劃1966年後由於政治原因而拖延。最後,在1973年1月5日,NERVA核動力飛船項目也完全終止。

現在發展離子引擎技術

航空航天局希望在2030年後實現登陸火星。自2013年,他們一直考慮火星轉運飛行器(MTV)「哥白尼」號計劃,但是這只是一個輔助項目。

深空一號的概念圖 (維基百科)
深空一號的概念圖 (維基百科)

航空航天局正在積極發展離子發動機技術。因為它對環境無害、高效以及能獲得很高速度,所以獲得青睞。航空航天局的黎明(Dawn)和深空1號(Deep Space 1)飛船使用氙氣2千瓦NSTAR離子引擎,只提供約0.09牛頓推力,但恆定速度運行一年後(這是化學推進劑火箭做不到的),速度可以達到每秒幾公里,足以抵達小行星和彗星。

離子發動機技術需要突破供能問題。要獲得幾十幾百牛頓的推力,則需要20萬至100萬瓦功率的能源。因此,航空航天局現在採用太陽能-電能組合供能設計,以5萬〜10萬瓦功率來驅動霍爾效應離子發動機。

VASIMR離子引擎飛船構想圖 (視頻截圖)
VASIMR離子引擎飛船構想圖 (視頻截圖)

國際空間站(ISS)計劃測試另一種電磁等離子體火箭(VASIMR)是否可行,其VX-200-1引擎使用20萬瓦電能,可以產生5牛頓推力。據發動機研製者艾德阿斯特拉火箭公司(Ad Astra)的分析,這種引擎飛船可以在39天內到達火星。該試驗在今年3月被取消,但是航空航天局仍對此保持濃厚的興趣,在其它方面如航天器和太空拖船使用此技術。

未來可能為混合供能飛船

大部分航空航天局觀察家相信,火星轉運飛船將採用太陽能電力以及離子發動機設計,裝備高效率的太陽能電池板。但是,這種飛船看起來會像一把飛行的大傘。不過,它有能力在大約100天左右到達火星。

登陸火星構想圖 (維基百科)
登陸火星構想圖 (維基百科)

報導說,一旦我們能做到這些,可能會帶來商業競爭,將會有人開發出飛得更快的航天器,將太空飛行變成商務旅行甚至娛樂。也許,人會五天即能到達火星,一兩個月時間到土星!#

責任編輯:林妍

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