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将引力场的 “前端” 重新附着在航天器前方,使航天器持续 “落向” 前方。
我们也可以设想其他实现方式,例如在保留物体引力质量的同时,分离其惯性质量;或是切断静电力场或磁场与其发生器的联系;甚至可能是使物体与希格斯场分离。
毋庸置疑,这类技术属于克拉克科技。
加粗 - 电动太阳风帆
恒星表面温度高达数千度,其强大的磁场不断搅动表面物质,导致大量粒子(主要是电离氢)从恒星表面喷射而出,这些粒子的运动速度可达数百千米 / 秒,这就是太阳风(对于其他恒星则称为恒星风)。
人们可以制造一张巨大且轻薄的风帆,利用这些粒子的推力前进,就像地球上的船只借助风力航行一样。不过,由于太阳风非常稀薄,即便使用石墨烯等轻质材料制造风帆,其尺寸也需要非常巨大,实际应用中可能并不现实。
不过,我们可以采用另一种设计:使用像头发丝一样细的导电电缆或金属线,以轮辐的形式连接在航天器主体上,通过航天器主体的缓慢旋转使这些 “轮辐” 保持圆形排列。这样,仅用少量细线就能形成面积相当于数平方千米的 “风帆” 效果。
由于太阳风中的粒子大多已电离,它们能够与电场和磁场相互作用。在电动太阳风帆的设计中,正是利用电场与这些电离粒子的相互作用来推动航天器前进。
这种推进方式仅在恒星系统内部有效,因此常与其他推进系统配合使用:在恒星系统内可借助它为航天器加速或减速,从而节省燃料。
需要注意的是,尽管所有恒星都会产生恒星风,但其粒子的数量和速度差异极大 —— 最暗的红矮星与最大的超巨星之间的亮度差异超过 10 亿倍,恒星风的强度也会随之大幅变化。
此外,恒星残骸(如脉冲星)可能会产生更强的极性粒子流。星际航天器或许可以利用这些粒子流:一方面通过引力辅助获得速度和调整航向,另一方面借助粒子流的推力进一步加速。
另外,像 “恒星提升”(详见相关节目)这类技术,虽然初衷是从恒星中开采物质,但也能增强恒星风,并产生密度更高、速度更快的定向粒子流 —— 类似我们设想中用于物质束传输的粒子流。
加粗 - 电动力系绳
电动力系绳是一种在拥有强磁场的天体(如地球等许多行星)周围可使用的电动推进技术。
其原理是:将一颗带有阳极的卫星通过绝缘系绳悬挂在天体磁场中,电流在系绳系统中流动时,会与天体磁场相互作用,从而推动卫星远离天体(若系绳位于卫星下方)或使卫星减速(若系绳位于卫星上方)。
由于天体磁场的物理尺度巨大,要使电动力系绳发挥作用,系绳的长度通常需要达到数千米。
此外,这种技术还可以反向使用:通过系绳切割磁场产生电流,从而实现能量回收(即发电),而非将电能转化为推力。
电动力系绳常被视为为 “天钩” 和 “旋转发射器” 补充动量的一种方案。“天钩” 和 “旋转发射器” 在帮助航天器从大气层进入轨道的过程中会损失动量,而电动力系绳能大幅减少它们对燃料的需求(详见我们的《天钩》节目)。例如,当天钩通过提升航天器进入轨道而损失部分动量和轨道高度时,它可以在数小时内利用太阳能电池板收集阳光并转化为电能,再通过电动力系绳逐步恢复失去的动量。
由于天钩本身就需要非常长的系绳,电动力系绳技术也适用于卫星、空间站的轨道维持,或是用于将航天器弹射入深空的高轨道旋转发射器。此外,在气态巨行星、恒星以及白矮星、中子星、脉冲星、黑洞等恒星残骸周围的超强磁场环境中,也可应用这项技术。
加粗 - 电磁推进器
电磁推进器是 21 世纪初因被认为可能是一种无反冲推进器或永动机而广受关注(或引发争议)的航天器推进器,因为它似乎表现出了违反动量守恒定律的特性。
2016 年,美国国家航空航天局(NASA)的鹰工厂实验室制造并测试了一台电磁推进器,测试结果似乎证实了其所谓的 “突破物理定律” 的特性,这使得该推进器声名鹊起。然而,后续研究表明,当时观测到的现象是由测量误差导致的,且其他实验均未能复现预期结果。
由于电磁推进器被证实是一种已被证伪的技术,而非仍处于假想阶段的技术,我们不会将其归类为克拉克科技,也不再对其进行深入讨论。仅简要说明其工作原理:向磁控管供电,使微波在一个大致呈圆柱形但一端略微变窄的谐振腔内反射。理论上,微波会在较宽的一端产生较大的力,在较窄的一端产生较小的力,从而使推进器获得一个朝向窄端的净推力。
从动量守恒的角度来看,这种设计本身并无问题,但该技术声称的争议点在于:在输入相同功率的情况下,其产生的推力超过了光子火箭的理论推力上限。
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