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巴萨德推进器

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巴萨德冲压发动机(Bussard ramjet)是1960年代物理学家罗伯特·巴萨德(Robert W. Bussard)所构想的一种理论航天器推进设计,并因为在拉瑞·尼文(Larry Niven)所著系列丛书《已知宇宙》(Known Space)中被提及而广为所知。除此之外,此概念也曾在卡尔·萨根的科普电视系列剧《宇宙》(Cosmos: A Personal Voyage)中被提及。
这种推进器是一种核聚变冲压发动机,它利用巨大的电磁场(直径从数公里至数千公里不等)作为漏斗来收集并压缩星际物质中的氢,飞行器的高速将待反应物质强迫推入磁场中,直到压缩的程度到达足以发生核聚变。物质转变之后产生的巨大能量透过磁场导引至发动机的排气方向(其方向与预计的行进方向颠倒),并透过反作用力的原理推进飞行器进行加速动作,而达到星际飞行的目的。
嗯,我对有理论基础的近未来科幻相当感兴趣。



IP属地:北京1楼2012-05-26 21:49回复
    电磁场如何生成呢


    IP属地:上海2楼2012-05-26 21:52
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      2025-08-20 16:48:22
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      你给一根电线通电,就有磁场了
      给一个螺旋状的电线通电,会有更大的磁场


      IP属地:北京3楼2012-05-26 21:55
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        的确可行


        IP属地:上海4楼2012-05-26 21:58
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          星际气体的主要构成是分子形态的气体,除非周围有比较强的辐射场,否则离子形态较少吧……


          IP属地:上海5楼2012-05-27 01:30
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            在整个宇宙空间都存在氢离子,但是氢的离化是怎样引起的,现在还是一个谜.以前,科学家们认为氢离子只能存在于一个非常有限的空间区域内,但是最近在其他星系中也发现了与我们银河系中的情况相类似的离化现象. 威斯康辛大学的R.J.Reynolds在《透视》栏目中讨论了氢离子起源之谜,并指出,今年年初在亚利桑那州Kitt Peak国家观测站开始运转的新装置可以提供解答这一谜题的线索.这一新装置第一次使天文学家可以对整个天空中的离化气体的实际分布进行详细的观察.Reynolds说:“这项研究的最终目标是了解星际物质的性质,以及它们在恒星形成以及星系演化中的作用.” (摘自《中国科学报》1997.0.15)太空中氢离子产生之谜<正> 在整个宇宙空间都存在氢离子,但是氢的离化是怎样引起的,现在还是一个谜.以前,科学家们认为氢离子只能存在于一个非常有限的空间区域内,但是最近在其他星系中也发现了与我们银河系中的情况相类似的离化现象.威斯康辛大学的R.J.Reynolds在《透视》栏目中讨论了氢离子起源之谜,并指出,今年年初在亚利桑那州Kitt Peak国家观测站开始运转的新装置.
            没想到居然是个迷


            IP属地:北京6楼2012-05-29 21:20
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              电磁脉冲,不断地改变方向,貌似可以产生一个力场之类的东西,就可以嗫喏着让那些个氢粒子过来了


              IP属地:四川7楼2012-05-29 21:26
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                这种构想看似可行,其实效率太低,并不现实。主要因为星际空间的物质密度太低,只有10^(-26)千克每立方米,即使飞船电磁场的吸收面积很大,假设达到一万平方公里,则飞船每航行一光年所能吸收到的物质也只有一千克,假设飞船重量只有一百吨,即使不算维持如此巨大的电磁场所需要的能量,也不考虑飞船的其他能源消耗,所有的能量只用来加速,由于核聚变的质能转换效率不到0.5%,所以即使只加速到光速的十分之一,至少也需要航行十万光年,所需时间更是长达数百万年,这样的宇宙航行基本是不现实的!!


                8楼2012-05-30 14:42
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                  2025-08-20 16:42:22
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                  马克


                  9楼2012-05-30 14:44
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                    使用机器猫的任意门简单多了!


                    IP属地:上海来自掌上百度10楼2012-05-30 19:50
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                      咱现在连聚变核电站都建不出来的说,那玩意得等多久。。


                      IP属地:江苏来自手机贴吧11楼2012-05-30 20:39
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                        星际冲压发动机也叫巴萨德冲压发动机(Bussard Ramjet),因为它是美国物理家巴萨德(Robert W. Bussard)在1960提出来的。典型的巴萨德冲压发动机其实也是一种核聚变发动机,但巴萨德在燃料来源上却有一个天才的设想。
                          除了使用光帆外,任何飞船都需要携带大量燃料,并浪费许多能量来运送这些燃料。光帆虽然解决了这个问题,但却缺乏灵活性,难以进行随意的加速减速和轨道调整。而使用星际冲压发动机的飞船可以不牺牲灵活性而解决燃料携带方面的问题。因为核聚变的燃料氢在星际空间中到处都是,只要在飞行的途中把它们搜集起来送进反应炉中就可以了。
                          当然,星际物质的密度是极其稀薄的,即使是密度相对大的星云中的物质密度仍旧比我们在地球上制造出来的真空更稀薄,以氢原子计算,银河系的星云之间平均每立方厘米只有1个氢原子,而比较高密度的星云也只能达到每立方厘米100个氢原子。所以这种飞船上需要安装一个巨大的漏斗形氢采集器(由于这个漏斗,英文中星际冲压发动机也叫Ramscoop),按照巴萨德最初的计算,如果一个1千吨重的飞船以1g的加速度前进(1g加速度的好处是正好可以形成等于地球上重力的人造重力),在高密度的星云中就需要采集1千平方公里面积上的燃料,而在低密度的星际空间需要采集1万平方公里。这么大的漏斗实在太过于巨大了,一个面积1万平方公里1毫米厚的聚脂薄膜也要25万吨重,何况这不是平面而是漏斗形。
                        星际冲压发动机,点击图片放大
                          当然,我们并不需要一个这么大的漏斗,可以通过向前方发射激光或者电子束来将星际物质的外部电子击开形成离子,然后利用磁场收集,这个磁场漏斗的延伸范围甚至可以比巴萨德最初设计的漏斗更大,而实体漏斗本身则可以做得比较小甚至不要。
                          按照设想,由于飞船拥有无限的燃料补给,所以它可以一直加速直到接近光速,在这样的速度下,爱因斯坦的相对论效应将发挥明显的作用,从而在飞船的成员看来可以在20年里就抵达银河系的中心(当然,只是因为飞船的高速才导致的时间变慢,在地球人看来仍旧需要3万年才能到),甚至能在他们的有生之年环绕宇宙。
                          不过,这都是理论上的设想,在实际中,制造这种飞船却有许多技术上和实践上的困难。
                          第一,这个飞船的速度必须首先达到光速的6%才能让发动机开始工作,因为只有达到这个速度,才能让氢收集器收集到足够的氢作为燃料;可是光速的6%,也就是每小时6400万公里的速度对于现在的人类技术来说实在是个遥不可及的目标。
                          第二,我们目前的技术无法使用普通的氢来进行热核反应,所收集到的氢中,只有1%是适合能作为燃料使用的氢同位素氘和氚,也就是说绝大部分都是谷糠只有小部分才是米,这会让加速度根本达不到1g,而可能仅仅是地球重力加速度的1/1000而已。
                          第三,如此,这个磁场漏斗的直径需要高达5万公里以获取足够的燃料,但当高速飞行的时候,这个磁场将产生巨大的拖滞效果,就如同我们推着一个大木盆游泳时的效果一样,通过计算,这样的飞船其实无法达到接近光速的速度,最多只能达到光速的16%,虽然这也是相当高的速度,但要想在宇航员有生之年环游宇宙就成了泡影。
                        磁场漏斗
                          第四,这个磁场如何运作也有难点,因为当磁场的磁力线在燃料收集口汇聚到一起的时候,磁场就开始把所有的离子弹开而不是继续拉进来,结果这个磁场漏斗变成了个磁力瓶,把星际物质收到飞船前面变成一个圆锥体,但却阻止它们作为燃料注入发动机。一个解决办法可以是利用脉冲磁场,不断展开和中断,但这个应用方式却有相当大的难度。
                          第五,这个飞船需要提供大量能量给磁场以及电子束或者激光,对于一艘无人飞船来说,磁场要超过1千万特斯拉(特斯拉:磁通量密度的国际单位,等于一韦伯/平方米),产生这样的磁场无疑需要巨大的能量,更不用提用来将大范围的原子电离的激光或者电子束了。
                          第六,星际物质中除了氢外还混合大量的其他原子以至分子,对于热核反应会起什么影响还不知道。
                          Alan Bond在1974年提出了对巴萨德冲压发动机的一个改进型设计方案,被称为冲压增强型星际火箭(ram-augmented interstellar rocket,简称RAIR),这个方案中把收集的星际氢原子用作反应物料(reaction mass)而不是唯一的核聚变燃料,从而绕开了在氢热核反应中遇到的困难。在这种星际冲压发动机内部,注入的质子束(也就是被电离的氢原子)被减速到大约1百万电子伏特,然后用它们轰击用锂-6或硼-11制成的标靶。锂和质子或者硼和质子的聚变容易发生,而且比其它类型的热核反应释放出更多的能量,这些能量就施加于将被喷出发动机的物质流上,让它们产生高速,从而增加推力;而在喷口那里,当初让注入的物质减速而产生的能量也被加回到喷出的物质流上。
                          甚至还有更高效的方式,被称为催化型RAIR。在星际冲压发动机内,当注入的物质流被压缩后,加入一点反物质,其反应不仅比核聚变更剧烈,释放能量更多,而且可以在低得多的温度下发生。根据一种预期,释放的能量可以让1万吨重的反物质催化冲压增强型星际飞船以1g的加速度前进,而且只需要内径3.5米的反应炉来保持每立方厘米1018个粒子的密度。但这个方案的缺点却是要储存大量反物质以用于星际飞行。
                        最后一条寡人是有些抵触的。如此大量的反物质储存是个巨大的问题。但是像前面说的,巴萨德不是一拍脑袋就想出了这个方法。设计么,假设成立然后计算验证。这个推进器还是有几片纸的计算的。
                        可控融合很难。不过在太空中由于物质密度极低,核武器效率大打折扣,因此也意味着非可控融合在飞船推进上有些作用。
                        最近“引燃”项目好像准备完成,开始正式实验了。不知道大家有没有关注。


                        IP属地:北京12楼2012-05-30 21:47
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                          正文转自 萧楠


                          IP属地:北京13楼2012-05-30 21:47
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                            高速飞行状态中聚集氢元素的能力不强吧?


                            IP属地:广东14楼2012-05-30 22:02
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                              2025-08-20 16:36:22
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                              对。正如上文所说,飞船的速度越快,“漏斗”压缩氢离子使其聚变的困难就越大,加速度越慢。
                              传统的巴萨德推进器在6%c的速度型才能工作,可以加速到16%c(?)
                              在《天渊》中青河的磁场吸附式推进器(就是巴萨德推进器)可以达到35%c,并且在100年的研究里只提高了1%的最终速度。
                              在《TAU ZERO》中作者忽略了这个问题,通过穿越密度更大的星级物质达到了无限接近c的速度。


                              IP属地:北京15楼2012-05-31 08:28
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