音频科普:利用惯性原理可以突破传统火箭的速度吗?
发布时间:2020-06-03
浏览次数:1988
音频科普:利用惯性原理可以突破传统火箭的速度吗?

火箭的推进技术发展受阻(图片来源:pixabay)

  现如今的航天科技已经取得了许多重大的突破,但是,有一些设计却由于种种原因仍然停留在上个世纪中期时候的水平,例如火箭的推进技术。至今为止,火箭推进依然是采用最为常规的化学推进剂。而化学燃料效能有限,又必须占据大量的空间,这使得其他火箭技术的发展也因而受阻。

  在传统的火箭中,化学推进剂通过混合发生反应,进而产生热量并膨胀,燃烧室内的气体从尾部喷出,形成推力。火箭推进的原理就是利用这种反作用力。然而,化学推进剂所产生的推力除了推动火箭之外,还需要考虑这些燃料本身的重量和体积。这也就限制了火箭的性能,因为能够携带的燃料是有限的。

  因此,只要是使用化学燃料,火箭必然不可能去到太远的地方,也突破不了速度的极限。那么,是否有新的方法来解决传统火箭的推进问题呢?电推进技术是一种解决方案,利用电场与带电粒子可以实现比化学燃料更高的性能。但是如前所述,这些方法都是五六十年代的思路,至今也几乎没有任何新的进步。

科学家们把目光投向了力学中的马赫效应(图片来源:pixabay)

  近年来,美国国家航空航天局(NASA)设立了相关的研究项目,目的就是要提出新的方案来解决这个问题。科学家们把目光投向了力学中的马赫效应(Mach effect):当物体加速时,其质量会发生轻微的改变,这种变化能够形成推进效应,即利用惯性原理就能做到突破传统火箭速度的目标。

  十九世纪奥地利物理学家马赫(Ernst Mach)一生主要致力于实验物理学和哲学的研究。在空气动力学中广泛使用的马赫效应、马赫波、马赫角等概念均是由马赫率先进行研究,后世以他的名字进行命名并加以发展。今天的理论物理学家则是要把马赫效应运用到新的领域中。

  具体的操作并不复杂,简单来说,利用在交变电压作用下会周期性膨胀的压电陶瓷片,当其膨胀或收缩时,内部的加速会使其质量变轻或变重,惯性的变化会让系统的质心朝一个方向移动,这就形成了推进力。在这个理论的支持下,研究人员着手进行了推进器的设计,他们首先通过名为“马赫效应引力辅助驱动器”的装置进行验证实验。

这个推进器概念至今为止仍然只是作为一种可能的猜想(图片来源:pixabay)

  尽管这个推进器概念已经有了一些实质性的成果,但它至今为止仍然只是作为一种可能的猜想。事实上,科学家和研究人员也没有足够的理论对这项技术进行合理的解释。目前这项技术还需要更多的实验数据进行可行性方面的证明。而其中一个证明的难点在于,要能够确认这种作用是真实存在的,而不是其他物理效应所产生的干扰。

  另一方面,不管是采用激光驱动、人为制造反物质作用,还是借助核动力,研究人员都需要找出一种最佳的方法,让这个概念成为真正能在太空中实现应用的技术,否则这些研究也不具备现实价值。就目前而言,研究人员利用这项技术仅仅能够制造出很小的推力,它与真正实现推动火箭之间还有很长的一段距离。

  无论如何,这个理论让火箭推进技术的发展有了一个全新的方向。或许这也将会成为人类未来迈向宇宙更远处的第一步。



关注【深圳科普】微信公众号,在对话框:
回复【最新活动】,了解近期科普活动
回复【科普行】,了解最新深圳科普行活动
回复【研学营】,了解最新科普研学营
回复【科普课堂】,了解最新科普课堂
回复【科普书籍】,了解最新科普书籍
回复【团体定制】,了解最新团体定制活动
回复【科普基地】,了解深圳科普基地详情
回复【科学防控】,学习疫情相关科普知识

听说,打赏我的人最后都找到了真爱。
做科普,我们是认真的!
扫描关注深i科普公众号
加入科普活动群
  • 参加最新科普活动
  • 认识科普小朋友
  • 成为科学小记者