【前沿】发动机的终点在哪里，霍金"新计划"可行吗？
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NASA的概念发动机已被搁置，毕竟这样的工业技术是当今不可及的。那么还是让我们来说说霍金这个更接地气的计划吧，我们接着往下看！
2016年4月12日，霍金宣布新太空探索计划，计划命名为Starshot，由霍金和米尔纳参与，具体的内容会在纽约天文台的活动期间宣布。而在此前，两人已经联手推动了一个搜索地外文明信号的项目。2015年7月，亿万富翁尤里-米尔纳投入1亿美元用于寻找外星智慧生物，使用射电望远镜寻找宇宙中可疑的信号。宇宙学家史蒂芬-霍金再次宣布将推出一个更加神秘的新太空探索行动，有充分理由认为这又是一个大型宇宙探索计划。
该计划命名为Starshot，由霍金和米尔纳参与
本次计划仍然由著名的天体物理学家参与，投资人尤里-米尔纳将花费10年时间投入足够的资金探索宇宙，而选定4月12日是为纪念1961年4月12日苏联宇航员尤里-加加林进入太空的人类首次载人航天飞行。
Starshot计划示意图
霍金的计划中提到，在一代人的时间内，“Starshot”旨在研发出一台“纳米飞行器” —— 一台质量为克级的自动化太空探测器，并且通过光束把它推动到五分之一的光速。如果成功的话，这个飞掠任务将会在发射后二十年左右到达半人马座阿尔发星，并发送回来在那个星系中发现的行星的图片，这个项目耗资巨大，雄心勃勃地希望探索人类创新和工程学的极限。
也许有些人会问，现在的技术已经可以达到超音速数倍的飞机，还有火箭等等，想达到高速飞行并非难事，干嘛一定要像霍金那样制造个什么几克重的纳米飞行器？
的确，有一种成型的方案，即通过火箭运送由太阳能供电的飞行器，并装载一种纯电气推动的发动机。通过在地球轨道外微重力环境下转化太阳能为发动机供能，并产生具备反作用力的“离子风”而为飞行器加速。这样一来，就可以让飞行器慢慢加速到一个非常高的速度。
喷射状态下的离子发动机
这项技术，就是“离子推进技术”。技术的核心依赖于离子推力器，其又称为离子发动机（Ions Engines)，为空间电推进技术中的一种。其原理是先将气态工质电离，并在强电场作用下将离子加速喷出。离子推力器具有比冲高、效率高、推力小的特点。与传统的化学推进方式相比，离子推力器需要的工质质量小，系统可靠性高，是一种已经进入实用化的太空推进技术。
离子推进飞行器示意图
然而令人遗憾的是，这种发动机因为“离子风”本身的电气特性所致，加速能力非常非常的弱小，如果想达到高速，必须经过一个极其漫长的加速过程，更不用说达到亚光速。
同时人们还必须面对的一件令人头疼的难题，就是质量增大问题。根据相对论，物体运动速度越大，其质量越大。常规的火箭发射或者超音速飞机的飞行速度，在光速面前都是低速，对物体的质量影响微乎其微可以忽略。
质能方程
当物体飞行速度一旦达到光速级，也就是霍金计划中所要达到的五分之一倍速，那么物体增大的速度就相当可观了，极有可能是数百甚至数千倍的质量递增。而一旦到达这样的质量，推进器的额定功率并未改变，根据牛顿经典力学发动机所能产生的加速度会随之降低数百数千倍。也就是说，速度越快，越难以加速。这或许也是霍金计划中要制造“克级”飞行器的原因之一吧，尽可能的让飞行器轻是相当有必要的！
爱因斯坦曾经幻想在宇宙中乘着一道光线飞驰，这个思想实验为他的狭义相对论奠定了基础。让我们有机会可以达到光速的一小部分：一亿英里每小时。只有通过这么快的速度，我们才有希望在人类的时间尺度内到达那些恒星。爱因斯坦的幻想，或许正是霍金计划中所要做的——建造一艘完全依靠太阳风作为动力进行亚光速航行，纤细的船体结构所集成的质量几乎可以忽略不计，超轻型的船帆让它能够在奔涌于宇宙空间中的光子流上乘风破浪。
小编有话说：霍金的这个计划很多人听上去都觉得是天方夜谭、不切实际，但在小编看来，霍金是被誉为继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家，以及这位动辄投资上亿元资金的商业巨富米尔纳，这两位谁都不是傻子，不要随便的评论人家是痴人说梦哦！也许，疯狂，只是庸人对无法理解的伟大想法的称呼......
【本文来源】机电俱乐部
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本期 编辑/郎兵 设计/牛力
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