人类为什么无法飞出太阳系?飞出太阳系需要什么条件呢?

三毛万物探


太脑洞了啊,题主这个关于人类想要飞出太阳系的问题范围比较大,因为没有说清楚只是航天器飞出太阳系还是载人飞船飞出太阳系,那么在这里,小地就从这两个方面展开分析。

1、航天器为什么无法飞出太阳系,如果要飞出太阳系需要具备哪些条件?

我们都知道,太阳系的半径约为1光年,也就是约为9.5万亿千米,按照最快且飞离太阳最远的飞行器旅行者1号平均16.61千米/秒的飞行速度计算,需要飞行约18000多年,然而截止到今天,旅行者才遨游太空仅42年。1977年旅行者1号探测器是在美国佛罗里达卡纳维拉尔角发射基地通过泰坦三号E半人马座火箭发射升空的,目前距离太阳约为220亿千米,速度v=22000000000/60*60*24*365*42≈16.61千米/秒。

目前世界各国所发射的航天器,都是通过火箭燃烧化学物质所产生的推力实现升空的,由于火箭的绝大部分质量是燃料的重量,一方面限制了火箭的起飞速度,同时也限制了有效载荷的质量,而即使有效载荷携带的同位素温差发电机,也有一定的寿命(旅行者1号或将于2020年前后因没有电能供应而像一只无头的苍蝇在星际之间遨游),因此仅靠化学能量转换来获取推力的航天器几乎是不可能飞出太阳系的。

但是,如果在未来的某一天,咱们人类如果能发明一种飞船,其速度可与超新星爆炸时向外抛散物质的速度一样达到30000千米每秒(约为十分之一光速),届时飞离太阳系仅需10年,这对于人类探索宇宙具有极大的意义。

2、载人航天器为何飞不出太阳系,如果要飞出太阳系又需要具备哪些条件?

1969年7月20日,美国宇航员阿姆斯特朗在成功登陆月球后说了"one small step for a man, one giant leap for mankind",意思是这是我迈出的一小步,却是人类迈出的一大步,然而截止到目前,人类的脚印也仅仅只是踩在了距地约38万千米之遥的月球,人类要想走出太阳系还任重道远。

在上文中,我们计算了现有技术条件下的非载人航天器飞出太阳系需要的理论时间约为18000多年,而对于载人航天器里的宇航员而言,则涉生老病死以及子子孙孙和孙孙子子的延续问题,否则就是就相当于送了一批“木乃伊”进入了太空,因为时间跨度实在是太长了,甚至超过了中国上下7000多年的辉煌历史。

同样,如果想要载人航天器飞出太阳系,其飞行速度则要超过十分之一光速甚至是二分之一还要多,这样才能减少宇航员在太阳系的穿越时间,毕竟送入太空还得返回地球。


地理那些事


我觉得未来有可能,只是需要相当长的时间。要克服的技术有很多,我归纳一下,大概有5个维度。

1.发动机

2.人类寿命问题

3.导航

4.补给

5.宇航员的心态


发动机

太阳系之大,其实人是很难有个概念的,就这么说吧,地球在太阳系里连个沙子算算不上,所以要实现太空旅行,这距离不是一般的短,就是到邻居比邻星那里,就有4.22光年,动不动就要上万年的旅行,中间还会出现很多意外,虽然用不到像汽车那样一直加速(因为没啥阻力),但时时要调整方向,躲避各种障碍物,也是需要燃料的。所以,如果用氢作燃料,其实我们飞不了太远。也就是说,要实现飞出太阳系至少需要用的高可控核聚变。如果我们技术足够牛逼,用于正反物质湮灭的技术,那就更好了。



人类的寿命问题

按照现在科学家对于DNA端粒的研究,认为人类的寿命极限是120岁,而这么远距离的太空航行,120年实在太短太短了。也就是说,我们需要一些能够克服寿命太短的技术,比如:冷冻技术。但是这也势必会带来一些伦理问题,比如:宇宙员被冷冻了50年,醒来后,儿子都比自己年纪大了,尴尬不尴尬?


导航

这里的导航,是指我们能够调整最佳的线路,并且预知一些意外情况,而我们目前开出即将离开太阳系的卫星几乎都和地球断了联系。也就是说,如果太空旅行,就完全需要靠自己导航,那意思就是说,我们可能需要带一个很牛逼的望远镜和雷达上路,这重量可不小,还要经常维护。


补给

上万年的航行,补给其实十分重要,无论是宇航员摄取的食物,还是发动机本身的燃料,还有一些额外的,比如:药品,日常用品等等。这些补给如何能最科学地携带到太空?比如:食物如何能做到既不在空间,又能吃得饱。


宇航员的心态

飞出太阳系可是超级漫长的旅程,宇以前宇航员最多待个几年,现在可能是一辈子都在上面,如果只有几个宇航员,还要轮流值班,那几十年如一日,心态肯定会崩的,这个时候其实是需要在航天器上建立一个小型的社会,而太空旅行的社会应该是什么样子的?其实也是需要科学家好好思考的问题。


所以,其实飞出太阳系并不只是航天器的发动机够了就行,他需要生物学,信息科学,社会学等等各学科综合起来才能实现的体统工程。


钟铭聊科学


人类要想飞出太阳系,必须抛弃目前以化学物质快速燃烧产生推力的火箭,从根本上改变人类的能量获取方式,太阳系1光年的半径,指望化学燃烧产生的推力太低效了。

目前人类火箭可以说都是以“烧火”的方式产生动力,利用特殊设计的发动机,将氧化剂和燃料高速向外喷射,产生一定的动力将飞船送到地球轨道上,但是这样的推进方式太低效了,首先极大地增加了火箭的质量,800吨的火箭才能送十几吨设备到地球轨道上,火箭的大部分质量都被燃料占据了,尽管火箭携带的燃料和助燃剂都是数百吨,但却只能将飞船送到地球轨道、加速到第一第二宇宙速度,每秒都要烧掉很多燃料,无论是从火箭的运载能力还是从火箭燃料的燃烧来说,效率都是比较低的。

火箭携带的燃料少,难以将飞船加速到第三宇宙速度,飞船携带的燃料更少,只能通过引力弹弓效应类加速飞船,美国的旅行者1号、2号都是借助太阳系外侧巨行星才达到了第三宇宙速度,向着太阳系外侧飞去。但仅仅突破第三宇宙速度基本不可能飞出太阳系,第一人类对太阳系质量的测量未必十分准确,第二一光年的半径指望16.7公里每秒的速度飞,需要几万年才能飞出去,不管是人类的寿命还是可以制造的飞船体积都不能支撑这么远的飞行。想要跨恒星系统飞行,飞行器的飞行速度必须达到光速的10%及以上,就这也得好些年才能飞出去。

人类目前无法飞出太阳系,就是人类科技水平还远远不足,能量的运用方式还比较初级,人类必须掌握可控核聚变这种近似无限的能量产生方式,将人类的寿命极大提升后才是跨恒星系统旅行的时候。


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太阳系

太阳系是我们人类所处的恒星系统,一共有八颗行星围绕太阳旋转,其中还有许多卫星和五颗矮行星还有数以亿计的小天体。

太阳系的边缘

在太阳系中,离太阳最远的行星是海王星,海王星之外是天体密集的圆盘状区域,我们称之为:柯伊伯带,一开始科学家认为柯伊伯带已经是太阳系的最边缘,后来发现,在柯伊伯带之外还包裹着奥尔特云,其直径长达两光年,是太阳系的最边缘。

人类现在的飞行器最远飞到了哪呢?

人类飞的最远的飞行器就是旅行者一号,由1977年9月5日发射到现在已经飞行了长达41年,期间,依靠行星引力弹弓效应不得加速,穿越了太阳圈进入了星际空间中,距离太阳211亿公里,大约为20光时。但是,旅行者一号想要飞出太阳系还要几万年的时间。



想要离开太阳系需要哪些条件呢?

以目前人类的科技水平来说,通过化学动力火箭几乎不可能,即使把整个地球的所有燃料都用光都不可能飞出太阳系。

随着科技的进步,如果未来人类掌握了可控核聚变技术之后,通过核聚变产生的能量来作为飞船的动力,其足以让人类飞出太阳系了,因为宇宙中最不缺的就是氢元素。


然而解决了能源问题,又出现了一个新的问题,那就是人类的寿命,虽然核聚变的能源足够我们离开太阳系,但是人类的寿命过于短暂,就算以核聚变为动力,离开太阳系也需要几十年的时间,那么接下来人类必须掌握人体休眠技术,通过人体休眠来达到延长寿命。人体休眠技术难点在于解冻的同时不能破坏细胞机构,乐观估计,人体休眠技术也要等到下个世纪了。

可以预测,在未来几百年内人类只要突破了核聚变技术和人体休眠技术,就可以离开我们生活了几百万年的太阳系了,飞向更广阔的星海。


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三毛万物探


简单来说,速度是制约人类能否飞出太阳系的最主要原因!

目前人类发射的各种探测器都是用的是传统化学燃料作为动力推进方式,说白了,化学燃料与古代人类适用的火源本质上是一样的,是最原始的能源推进方式!

而化学燃料能源转化率相对来说非常低,而且先用体积和重量非常大,现代火箭推进系统中,火箭的大部分质量都是化学燃料本身,这极大地限制了火箭的利用率!

而理论上用传统化学燃料能源最多让人类登陆火星,想要飞的更远必须使用更高效更强大的动力推进,比如核能,可控核聚变!

太阳系直径达到2光年,目前飞得最远的人类飞行器旅行者一号飞行了42年也只是飞行了20光时,大约200亿公里,要想飞出太阳系还需要近2万年的时间!

除了速度因素,安全和食物供给也是很重要的,当然速度是主导因素,只要速度足够快,其他方面的要求就会降低很多!


宇宙探索


只能说以目前人类的技术水平还不能飞出太阳系。未来技术发展不可限量,飞出太阳系只是时间问题。那么飞出太阳系需要哪些条件,目前阻碍人类飞出太阳系的主要问题是什么呢?

所谓飞出太阳系,当然不是仅仅飞出冥王星轨道,而是要进一步飞出柯伊伯带奥尔特云,至少可以到达比邻星系,完成恒星际航行。这个距离是4.2光年,大约40万亿公里。这样远的航行,目前主要障碍是能源和动力问题,其他都可以想办法解决。比如航天员寿命问题,借助冬眠技术轮流值班当然可以,那也需要大量的储备航天员,何况冬眠技术现在还没有实现。以现代的技术,只能采取太空繁殖后代的办法。我们可以限定比如十男十女,或者全用女性。为防止近亲繁殖,飞船上要提前携带人类冷冻受精卵,这个目前技术可以实现。这样女性生育的就都是没有血缘关系的后代了。当然要有计划的生育,总人口不超过三十到五十人。

燃料问题是大问题,以目前的化学燃料肯定不行。理论上只要持续给力,速度可以无限增大。但是持续给力需要消耗燃料,而这些燃料必须在地球上提前一次性备足。中途不能停下来补给,如果停下来就白加速了。况且中间则没有可以补给的落脚点。而一次性备足的话就是一个不小的量,无论体积质量都是巨大的。这同时就必须增加飞船的质量,而增加了质量就又得提高动力,提高动力就得多消耗燃料。这是一个不可能的死循环。就像我们驾驶一辆汽车在几万公里的大沙漠里前行,所有汽油得提前携带。携带这么多汽油又要增加动力,增加动力又要消耗汽油。

恒星际航行需要解决的就是这个燃料问题,要求能效高的燃料。即用很少的燃料就可以产生极大的动力。目前可以预测的是氢聚变燃料,氢聚变的能效当然比化学燃料高很多,但是跨星际航行的话还不够。未来可以实现的还有反物质技术,那个能效更高。


多维观世界


首先,人类的飞行器可以飞出太阳系,只要超过第三宇宙速度就可以了。


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