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美科学家欲研制接近光速纳米飞船(图)
2009-07-13 11:32   来源:新浪科技

【ICXO.com编者按】通过研究纳米推进器(作用相当于便携式粒子加速器),或许可以在我们的有生之年把微型飞船的速度加速到接近光速,并用它们探索附近的恒星。

  

  美科学家欲研制接近光速纳米飞船

  北京时间7月13日消息,据国外媒体报道,庞大的粒子加速器正在探索非常微小的世界,但是类似的技术或许有一天可以促进缝衣针大小的飞船进行远距离飞行,甚至是在恒星系间来往穿梭。通过研究纳米推进器(作用相当于便携式粒子加速器),或许可以在我们的有生之年把微型飞船的速度加速到接近光速,并用它们探索附近的恒星。

  欧洲粒子物理研究所耗资100亿美元建造的大型强子对撞机,其目的是确定宇宙是由什么构成的。这个周长达17英里的机器可以把带电质子的速度加速到接近光速。一旦带电质子达到最高速度,它们就会与目标相撞,发生爆炸,生成奇异物质供科学家研究。有一天这种原子撞击的方法可能会给我们展示更多有关其他宇宙区域是由什么构成的信息。它们或许将引领我们到达那里。

  从20世纪50年代开始,人类发射大量飞船,前去探索我们的太阳系。我们向每一颗行星(其中包括身份可疑的星体,例如冥王星和冥卫一)、太阳、众多卫星、小行星和彗星发射探测器。最近火星车在这颗红色行星上艰难跋涉,人造卫星围绕地球、月球、火星、金星和土星轨道进行科学研究。但是仅有为数不多的几个探测器走出了我们的太阳系,慢吞吞地飞往更加遥远的区域。例如,“旅行者”号探测器的运行速度大约是每小时40000英里,仅相当于光速的0.00006%。

  我们还从没走出庞大的星际空间,探测距离我们最近的恒星——比邻星(Proxima Centauri)。星际空间大的令人难以置信。航天飞机围绕距离地球大约250英里的轨道运行,月球在距离地球大约250000英里的上空飞行。火星距离太阳大约1.4亿英里。而最近的恒星距离地球大约有4.2光年。这意味着从地球发射一束光,它需要用4年多,行进24万亿英里,才能到达距离我们最近的恒星。如果飞船的速度不能达到光速,在一个人的有生之年探索另一颗恒星的目标似乎是不可能实现的。然而事实证明,这个目标实现的可能性显然比听起来更大一些。

  进行星际空间探索的办法是利用可以达到令人难以置信的速度的微型飞船,或称纳米飞船。粒子加速器里的质子之所以能达到接近光速的速度,是因为它们非常小,而且非常轻。与此同理,非常小的无人太空探测器也将非常轻,可以达到接近光速的速度,可以进行星际空间探索。密歇根大学(University of Michigan)的研究人员正在制造纳米发动机,有一天这种发动机将能掀起一场迷你飞船新潮流。

  布莱恩·吉尔斯特(Brian Gilchrist)和他的同事们正在研发利用纳米粒子作为推进材料的推进器。这项研究工作由美国空军资助。这种发动机大部分都是利用微机电系统技术(MEMS),直接在极薄的硅片上雕刻的。这种技术在半导体工业领域应用非常广泛。该发动机的厚度不超过半英寸(1厘米,其中包括燃料),拥有好几万个加速器,可以安装在一个不比邮票大的地方。这些“粘贴”上的推进器可以给微型飞船提供能量,让它们飞到很远的地方。

  这种工艺被称作“纳米粒子场提取推进器(nano-particle field extraction thruster)”。微小的推进器的工作原理跟庞大的粒子加速器的迷你版本非常类似。这种装置利用堆叠在一起的很多微米厚度的“门”,在导电层和绝缘层之间交替运行,产生电场。这些小但强大的电场给一个导电纳米粒子团充电,并给这些粒子加速,把它们发射到太空,生成快速运行的粒子流。

  吉尔斯特说:“在这种情况下,粒子加速器利用电场给带电粒子加速,这些正是现在我们在进行的工作。”由于太空中没有摩擦力,微型飞船经过一次加速,就可以在数年里继续加速。最终达到接近光速的速度,携带着科学仪器飞往其他恒星。然而暂时这种纳米粒子推进器还将继续呆在我们的太阳系里。据吉尔斯特说:“这种技术在距离地球更近的地方有很多实际应用途径。”

关键词:光速   纳米   飞船      
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