《三體》裡面明確說化學燃料火箭是沒有前途的,為啥還在往這方面發展?現實情況如何?

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修仙小說叫你去修仙,你咋不去修仙呢?把小說當現實那真是很可怕了。

但是這種化學推進的確是沒有任何前途的。

這是從哲學角度上的推導。

但是如果我們的火箭不上天,不先進入到太陽系,在地球上閉門造車,那是不可能產生更先進的推進技術的。

靠地球上這點可憐的資源不可能讓人類的物質極大豐富,人類也不可能花更多的精力和金錢去研究外太空的探索。

進入太空以後,人類的資源那是呈幾何級數的增加,哪怕僅僅是太陽系,其資源都不是小小的地球可以比擬的。在更高的層次中才更容易有新的發現。


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你認真動腦子想也可以得出化學能源沒有前途的結論,但凡讀書到大學水平應該都能想明白。

任何需要消耗的推進方式都不適合星際旅行,這是一個最基本的常識。

但是為什麼現在人類還要大力發展化學能源?因為我們科技實際只處於這個階段,你又不能放棄現在所有的一切進化和學習,因為對於未來的科技來說,可能我們現在連個基本的框架都沒有,怎麼開始?所有人停止在這一刻嗎?


德斯特尼


劉慈欣先生在《三體》中說化學火箭沒有前途不是沒有道理,但這種論斷的前提條件是:在小說中人類因為要和三體文明進行決戰,所以必須進行“恆星際”遠征,注意是“恆星際”遠征,也就是跨越兩顆恆星之間的距離,化學燃料火箭當然沒什麼發展的意義。而在現實中,人類還沒有這樣迫切的需求,所以發展化學火箭對人類而言依然具有重要意義。

第一個問題:化學火箭的優點是什麼,人類在現階段為什麼要發展化學火箭?

在現階段人類為什麼要發展化學火箭,這是因為化學火箭利用的是最為傳統的化學能,不僅技術門檻低,而且爆發力強、推力大,簡單、粗暴。打一個不太恰當的比方,化學火箭就好比是一個大的二踢腳,並不需要多麼高的技術,而且理論上只要敢裝燃料,就能載的多,飛得遠,非常適合人類在現階段的航天需求。

作為一個剛剛涉足太空的文明,人類目前的航天事業主要還是圍繞地球進行,以發射人造地球衛星和小型的載人航天器進行近距離探測為主。所面臨的最大難題是如何逃脫地球的引力深井把航天器“送”入太空,而不是進行長時間、長距離的星際遠航,這恰恰能發揮化學火箭爆發力強、推力大的優勢。在現階段,人類沒有面臨像三體文明一樣無法克服的天文或地質災難,也沒有面臨外星文明的侵略,沒有星際移民和跨恆星際航行的迫切需要。因此在現階段化學火箭儘管落後,從長遠來說沒有前途,但已經基本能夠滿足人類需求。在新技術成熟之前,對化學火箭的潛力進行深入挖掘,對人類仍具有很強的現實意義。

第二個問題:化學火箭的缺點是什麼,為什麼劉慈欣先生在《三體》中認為化學火箭沒有前途?

化學火箭的優點其實就是它的缺點,就像燃油車一樣,由於使用最為傳統的化學能,技術門檻低,就需要一系列更為複雜結構;而爆發力強、推力大則是以巨量的浪費為前提,能量的利用率和推重比很低,投入和產出嚴重不成正比。以執行阿波羅登月計劃的土星5號為例,在發射階段,第一級火箭2200噸燃料會在點火後2分半的時間全部燃燒乾淨,只為將第二、三級火箭送入68000米的高度,還出不了大氣層。而要徹底逃離地球引力還需要在6分鐘的時間內,燃燒第二級火箭近450噸燃料。

由於化學火箭的能量利用率和推重比極低,也就意味著使用化學火箭,想要飛的更快、飛的更遠就必須裝載更多的燃料。但裝載更多的燃料又反過來會加重航天器的自重,消耗更多的燃料,這是一個無法克服的死循環。更要命的是,由於化學能噴射的極限只有十幾千米每秒,根據反作用力原理,使用化學燃料推進的航天器最大速度也只能如此,還不到光速的萬分之一,不要說進行恆星際遠航,就是要從地球飛到火星也需要幾個月的時間。

第三個問題:在現階段人類都研發了什麼技術替代化學火箭?

航天其實是一個非常複雜的工程,就現階段而言人類的航天實際包含兩個問題。

第一、是如何逃脫地球的引力深井問題。這也是化學火箭至今仍然無法取代的重要原因,化學火箭雖然落後,但由於技術門檻低,爆發力強、簡單粗暴,在未來很長一段時間仍將是人類將航天器送入太空的主要手段。但隨著現代航天發射日趨頻繁,人類已經開始探索其他更高效、便捷進入太空的手段。《三體》中所提到的太空電梯,就是人類重點的科研方向,有的國家已經對此展開可行性研究,相關配套技術,如納米材料、電磁彈射等也已經逐步成熟。

第二、在太空中如何對航天器進行加速問題。這其實也包含兩個問題:一個是能量源的問題,一個是推進方式的問題。關於能量源雖然大部分人比較看好核聚變,但就現實而言我認為核裂變可能更符合實際情況。這是因為核聚變固然具有能量大、無汙染的優點,但距離實用還有相當長的時間,即使技術成熟也需要漫長的時間進行設計優化,以達到小型化裝入飛船作為能量源的目的。相反,核裂變儘管有很多缺點,但人類畢竟已經有幾十年的使用經驗,並且已經成功的將其小型化裝入了核潛艇和航空母艦。在未來只要進一步改進,就能作為飛船的動力源。

至於推進方式,現在比較有希望替代化學火箭的是等離子發動機,中國、美國等航天大國不僅都已經成功的研發出了自己的等離子發動機,而且都已經在太空中進行了實驗。只是由於目前這種發動機推力較小,從目前來看還不太可能作為人類發射航天器逃逸地球引力的手段,只會用來作為航天器在太空中的推進裝置。等離子體的理論噴射速度能達到約300千米每秒,如果這種技術被運用於載人航天,理論上能將人類的宇航速度提升至光速的千分之一。這個速度要跨越恆星還是慢了點,但已經基本能夠滿足人類探索太陽系內行星的需要。

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