《三体》里面明确说化学燃料火箭是没有前途的,为啥还在往这方面发展?现实情况如何?

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修仙小说叫你去修仙,你咋不去修仙呢?把小说当现实那真是很可怕了。

但是这种化学推进的确是没有任何前途的。

这是从哲学角度上的推导。

但是如果我们的火箭不上天,不先进入到太阳系,在地球上闭门造车,那是不可能产生更先进的推进技术的。

靠地球上这点可怜的资源不可能让人类的物质极大丰富,人类也不可能花更多的精力和金钱去研究外太空的探索。

进入太空以后,人类的资源那是呈几何级数的增加,哪怕仅仅是太阳系,其资源都不是小小的地球可以比拟的。在更高的层次中才更容易有新的发现。


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你认真动脑子想也可以得出化学能源没有前途的结论,但凡读书到大学水平应该都能想明白。

任何需要消耗的推进方式都不适合星际旅行,这是一个最基本的常识。

但是为什么现在人类还要大力发展化学能源?因为我们科技实际只处于这个阶段,你又不能放弃现在所有的一切进化和学习,因为对于未来的科技来说,可能我们现在连个基本的框架都没有,怎么开始?所有人停止在这一刻吗?


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刘慈欣先生在《三体》中说化学火箭没有前途不是没有道理,但这种论断的前提条件是:在小说中人类因为要和三体文明进行决战,所以必须进行“恒星际”远征,注意是“恒星际”远征,也就是跨越两颗恒星之间的距离,化学燃料火箭当然没什么发展的意义。而在现实中,人类还没有这样迫切的需求,所以发展化学火箭对人类而言依然具有重要意义。

第一个问题:化学火箭的优点是什么,人类在现阶段为什么要发展化学火箭?

在现阶段人类为什么要发展化学火箭,这是因为化学火箭利用的是最为传统的化学能,不仅技术门槛低,而且爆发力强、推力大,简单、粗暴。打一个不太恰当的比方,化学火箭就好比是一个大的二踢脚,并不需要多么高的技术,而且理论上只要敢装燃料,就能载的多,飞得远,非常适合人类在现阶段的航天需求。

作为一个刚刚涉足太空的文明,人类目前的航天事业主要还是围绕地球进行,以发射人造地球卫星和小型的载人航天器进行近距离探测为主。所面临的最大难题是如何逃脱地球的引力深井把航天器“送”入太空,而不是进行长时间、长距离的星际远航,这恰恰能发挥化学火箭爆发力强、推力大的优势。在现阶段,人类没有面临像三体文明一样无法克服的天文或地质灾难,也没有面临外星文明的侵略,没有星际移民和跨恒星际航行的迫切需要。因此在现阶段化学火箭尽管落后,从长远来说没有前途,但已经基本能够满足人类需求。在新技术成熟之前,对化学火箭的潜力进行深入挖掘,对人类仍具有很强的现实意义。

第二个问题:化学火箭的缺点是什么,为什么刘慈欣先生在《三体》中认为化学火箭没有前途?

化学火箭的优点其实就是它的缺点,就像燃油车一样,由于使用最为传统的化学能,技术门槛低,就需要一系列更为复杂结构;而爆发力强、推力大则是以巨量的浪费为前提,能量的利用率和推重比很低,投入和产出严重不成正比。以执行阿波罗登月计划的土星5号为例,在发射阶段,第一级火箭2200吨燃料会在点火后2分半的时间全部燃烧干净,只为将第二、三级火箭送入68000米的高度,还出不了大气层。而要彻底逃离地球引力还需要在6分钟的时间内,燃烧第二级火箭近450吨燃料。

由于化学火箭的能量利用率和推重比极低,也就意味着使用化学火箭,想要飞的更快、飞的更远就必须装载更多的燃料。但装载更多的燃料又反过来会加重航天器的自重,消耗更多的燃料,这是一个无法克服的死循环。更要命的是,由于化学能喷射的极限只有十几千米每秒,根据反作用力原理,使用化学燃料推进的航天器最大速度也只能如此,还不到光速的万分之一,不要说进行恒星际远航,就是要从地球飞到火星也需要几个月的时间。

第三个问题:在现阶段人类都研发了什么技术替代化学火箭?

航天其实是一个非常复杂的工程,就现阶段而言人类的航天实际包含两个问题。

第一、是如何逃脱地球的引力深井问题。这也是化学火箭至今仍然无法取代的重要原因,化学火箭虽然落后,但由于技术门槛低,爆发力强、简单粗暴,在未来很长一段时间仍将是人类将航天器送入太空的主要手段。但随着现代航天发射日趋频繁,人类已经开始探索其他更高效、便捷进入太空的手段。《三体》中所提到的太空电梯,就是人类重点的科研方向,有的国家已经对此展开可行性研究,相关配套技术,如纳米材料、电磁弹射等也已经逐步成熟。

第二、在太空中如何对航天器进行加速问题。这其实也包含两个问题:一个是能量源的问题,一个是推进方式的问题。关于能量源虽然大部分人比较看好核聚变,但就现实而言我认为核裂变可能更符合实际情况。这是因为核聚变固然具有能量大、无污染的优点,但距离实用还有相当长的时间,即使技术成熟也需要漫长的时间进行设计优化,以达到小型化装入飞船作为能量源的目的。相反,核裂变尽管有很多缺点,但人类毕竟已经有几十年的使用经验,并且已经成功的将其小型化装入了核潜艇和航空母舰。在未来只要进一步改进,就能作为飞船的动力源。

至于推进方式,现在比较有希望替代化学火箭的是等离子发动机,中国、美国等航天大国不仅都已经成功的研发出了自己的等离子发动机,而且都已经在太空中进行了实验。只是由于目前这种发动机推力较小,从目前来看还不太可能作为人类发射航天器逃逸地球引力的手段,只会用来作为航天器在太空中的推进装置。等离子体的理论喷射速度能达到约300千米每秒,如果这种技术被运用于载人航天,理论上能将人类的宇航速度提升至光速的千分之一。这个速度要跨越恒星还是慢了点,但已经基本能够满足人类探索太阳系内行星的需要。

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