以目前的技術,人類的飛行器是無法飛出太陽系的。首先我們說太陽系範圍的定義,一般把小行星帶以內稱為內太陽系,包括水星金星地球火星。小行星以外稱為外太陽系,包括木星土星天王星海王星。冥王星軌道大概在40au(au是地球到太陽的平均距離大約1.5億公里),冥王星軌道之外稱作遠太陽系。遠太陽系包括柯伊伯帶和奧爾特雲,柯伊伯帶主要是一些小天體和星際碎塊,半徑大約在500au之內。奧爾特雲範圍很大,大約一光年半徑,其中有什麼誰也說不清,只是說太陽引力變得很弱,可以忽略不計了。
我們說飛出太陽系,指的是飛出遠太陽系,如果僅僅是冥王星軌道的近太陽系,那麼旅行者號已經做到了,但是進一步的航行就困難了。隨著旅行者號的繼續航行,首先與地球的通訊變得越來越困難。時間延遲是一方面,現在與旅行者號通訊一次單程需要七個多小時,雙程需要十五個小時,隨著距離的增加今後還會延長。如果航天器遇到什麼障礙物之類情況反映到地球再下指令給它可能已經晚了。另一方面是電磁波的衰減,電磁波衰減與距離的平方成正比,無論地球上的發射接收裝置,還是航天器本身的發射接收裝置都有一個發射功率和接收靈敏度的限制。隨著距離的增加,訊號會越來越弱,最後二者無法通訊聯絡。對於航天器來說發射比接收更加耗費能量,所以最先失效的是它的發射裝置,地球接收不到它的訊號了。地球的指令也就沒有任何意義,因為你不知道它遇到了什麼情況。
失去聯絡的航天器還可以在太空中盲行,當然如果現在發射航天器的話可以用人工智慧,航天器可以自行探測判斷前方情況並做出相應對策。如確定航向,躲避障礙等。就旅行者一號二號來說,只能是盲行。柯伊伯帶雖然星體稀少,但面積廣闊,飛行過程中總會遇到這樣或那樣的天體的,不被撞上也會被這些天體引力捕獲成為圍繞其執行的衛星。就像是在稀疏的森林中,打一顆子彈,假設子彈速度不會減弱落地。總會擊中一顆樹的。
即使是有人工智慧的航天器也難逃這樣的命運。航天器在遠太陽系飛行,仍然是要受到太陽引力作用的。如果不進行加速的話,其速度會越來越慢,而加速就需要能量。另外躲避障礙調整航向以及航天器內部機器的執行都需要能量。所以航天器不是隻靠慣性就能飛出太陽系的,需要的能量不可能在中途採集,那需要停下來著陸某個天體,如此以來以前的加速就白做了,重新起飛需要從零加速。所有需要的能源都需要航天器出發時攜帶,由於航程漫漫,需要至少五百天文單位(即au),750億公里,一百多年時間,所需要的燃料儲備是巨大的。
還有太空飛行不比在地面和空中,可以有摩擦力和空氣推力借用。太空中只能用反作用力來推動加速及改變航向,而這需要向外噴射一定量的物質,噴射物質有個名詞叫做工質,這種推動方法稱為工質推動。增加的速度越大噴射物質量也越大,飛行器本身質量越大所需要的噴射物質量也越大。
增加的燃料儲備和工質量都需要提前攜帶,而這同時又增加了航天器的質量。我們看火箭發射時,火箭大部分都是燃料和工質,只有頂部一小部分是衛星或航天器,就是這個道理,這只是脫離地球而已。衛星發射在衛星上天后推進器就會脫離墜入大氣層,而航天器則需要帶著這些推進器燃料工質繼續飛行。航天器質量的增加,同時又需要增加了推進的力量,增加推進力量又需要增加燃料和工質的量。這在目前是一個不可能解決的死迴圈。
未來可以有更高效的能源,比如核聚變能源,如果實現可控核聚變,就可以用在航天器上,這樣能源載荷就會大大減輕,但是工質不會減少,牛頓第三定律作用力等於反作用力不會改變,由此推導的動量守恆定律也仍會起作用。動量守恆定律是說飛行器增加的速度與飛行器本身質量之積,等於噴射物質質量與速度之積。航天器仍需要攜帶大量工質以便中途需要加速及改變航向時向外拋射。這個增加工質質量與需要拋射更多工質的死迴圈仍然不能打破。
無工質推進目前只是在科幻作品中出現,現實中如何實現無工質推動,即使理論上也還沒有確定方案。首先當然不能用牛頓定律了,不能用反作用力。太空中沒有可以抓地的摩擦力,也不能用汽車前進的動力模式。太空中沒有水和空氣,不能像飛機和鳥兒一樣利用水壓或氣壓差來前進。目前比較時髦的提法是利用電磁力和空間曲率。也許以後會有更科學更實用的辦法,我們一起期待。
以目前的技術,人類的飛行器是無法飛出太陽系的。首先我們說太陽系範圍的定義,一般把小行星帶以內稱為內太陽系,包括水星金星地球火星。小行星以外稱為外太陽系,包括木星土星天王星海王星。冥王星軌道大概在40au(au是地球到太陽的平均距離大約1.5億公里),冥王星軌道之外稱作遠太陽系。遠太陽系包括柯伊伯帶和奧爾特雲,柯伊伯帶主要是一些小天體和星際碎塊,半徑大約在500au之內。奧爾特雲範圍很大,大約一光年半徑,其中有什麼誰也說不清,只是說太陽引力變得很弱,可以忽略不計了。
我們說飛出太陽系,指的是飛出遠太陽系,如果僅僅是冥王星軌道的近太陽系,那麼旅行者號已經做到了,但是進一步的航行就困難了。隨著旅行者號的繼續航行,首先與地球的通訊變得越來越困難。時間延遲是一方面,現在與旅行者號通訊一次單程需要七個多小時,雙程需要十五個小時,隨著距離的增加今後還會延長。如果航天器遇到什麼障礙物之類情況反映到地球再下指令給它可能已經晚了。另一方面是電磁波的衰減,電磁波衰減與距離的平方成正比,無論地球上的發射接收裝置,還是航天器本身的發射接收裝置都有一個發射功率和接收靈敏度的限制。隨著距離的增加,訊號會越來越弱,最後二者無法通訊聯絡。對於航天器來說發射比接收更加耗費能量,所以最先失效的是它的發射裝置,地球接收不到它的訊號了。地球的指令也就沒有任何意義,因為你不知道它遇到了什麼情況。
失去聯絡的航天器還可以在太空中盲行,當然如果現在發射航天器的話可以用人工智慧,航天器可以自行探測判斷前方情況並做出相應對策。如確定航向,躲避障礙等。就旅行者一號二號來說,只能是盲行。柯伊伯帶雖然星體稀少,但面積廣闊,飛行過程中總會遇到這樣或那樣的天體的,不被撞上也會被這些天體引力捕獲成為圍繞其執行的衛星。就像是在稀疏的森林中,打一顆子彈,假設子彈速度不會減弱落地。總會擊中一顆樹的。
即使是有人工智慧的航天器也難逃這樣的命運。航天器在遠太陽系飛行,仍然是要受到太陽引力作用的。如果不進行加速的話,其速度會越來越慢,而加速就需要能量。另外躲避障礙調整航向以及航天器內部機器的執行都需要能量。所以航天器不是隻靠慣性就能飛出太陽系的,需要的能量不可能在中途採集,那需要停下來著陸某個天體,如此以來以前的加速就白做了,重新起飛需要從零加速。所有需要的能源都需要航天器出發時攜帶,由於航程漫漫,需要至少五百天文單位(即au),750億公里,一百多年時間,所需要的燃料儲備是巨大的。
還有太空飛行不比在地面和空中,可以有摩擦力和空氣推力借用。太空中只能用反作用力來推動加速及改變航向,而這需要向外噴射一定量的物質,噴射物質有個名詞叫做工質,這種推動方法稱為工質推動。增加的速度越大噴射物質量也越大,飛行器本身質量越大所需要的噴射物質量也越大。
增加的燃料儲備和工質量都需要提前攜帶,而這同時又增加了航天器的質量。我們看火箭發射時,火箭大部分都是燃料和工質,只有頂部一小部分是衛星或航天器,就是這個道理,這只是脫離地球而已。衛星發射在衛星上天后推進器就會脫離墜入大氣層,而航天器則需要帶著這些推進器燃料工質繼續飛行。航天器質量的增加,同時又需要增加了推進的力量,增加推進力量又需要增加燃料和工質的量。這在目前是一個不可能解決的死迴圈。
未來可以有更高效的能源,比如核聚變能源,如果實現可控核聚變,就可以用在航天器上,這樣能源載荷就會大大減輕,但是工質不會減少,牛頓第三定律作用力等於反作用力不會改變,由此推導的動量守恆定律也仍會起作用。動量守恆定律是說飛行器增加的速度與飛行器本身質量之積,等於噴射物質質量與速度之積。航天器仍需要攜帶大量工質以便中途需要加速及改變航向時向外拋射。這個增加工質質量與需要拋射更多工質的死迴圈仍然不能打破。
無工質推進目前只是在科幻作品中出現,現實中如何實現無工質推動,即使理論上也還沒有確定方案。首先當然不能用牛頓定律了,不能用反作用力。太空中沒有可以抓地的摩擦力,也不能用汽車前進的動力模式。太空中沒有水和空氣,不能像飛機和鳥兒一樣利用水壓或氣壓差來前進。目前比較時髦的提法是利用電磁力和空間曲率。也許以後會有更科學更實用的辦法,我們一起期待。