科学家提出“超时空动力”概念

　　科学家提出“超时空动力”概念：到火星只需五小时？

　　北京时间11月5日11时15分，随着第一次近月制动准确实施，中国首位“月亮使者”成功与月球“牵手”。据中国国家宇航局公布的消息，“嫦娥一号”已成功被月球引力捕获，进入周期12小时、近月点210公里、远月点8600公里的月球极轨椭圆轨道。

至此，承载着亿万中国人梦想与牵挂的“嫦娥一号”卫星，已经在太空中飞行了约280个小时，路程累计近200万公里。那么，如此遥远的飞行使用的是什么动力？

　　本报特约撰稿　池晴佳　陈琳

　　航天器

　　使用什么燃料

　　在“嫦娥一号”奔月旅途中，速度最快的是在卫星刚进入地月轨道时，发动机加速，瞬间速度可达每秒10．58公里；而在到达地球和月球间的引力平衡点时，速度最慢，仅为每秒230米，当时距月球约6万公里。“嫦娥一号”卫星副总指挥龙江说，在变轨开始时，第一步是将卫星的头部由对向太阳转到要开始加速或减速的方向；第二步是进行发动机点火，给卫星一个加速度或反方向的制动，达到变轨的目的；第三步是将卫星转变为原来的对太阳定向姿态。这三个步骤都比较复杂，尤其是5日上午的近月点制动，直接关系到“嫦娥一号”的成败，如制动不足，卫星会飞离月球，与月球的再次交会将极为困难；而制动量过大，就会撞向月球。

　　许多媒体都谈到“嫦娥一号”卫星的多次变轨，但对在变轨时所用的发动机和燃料却很少涉及。一般来说，卫星在变轨时的动力是由太阳能电池、同位素电池（利用放射性同位素在衰变时释放巨大能量的原理制作）或卫星自身携带的化学燃料提供的。“嫦娥一号”选择了第三种，即自身携带了1200公斤的燃料。

　　“嫦娥”还是用传统燃料作推进剂，虽然只绕月1年，但却携带了1200公斤燃料。欧洲航天局2003年9月27日升空的“智能1号”，在太空中飞行了3年，航行8400万公里，只消耗了大约70公斤燃料。他们使用的是一种太阳能电池，仅消耗传统航天器所需燃料的1／10。“智能1号”将太阳能转化为电能，再通过电能电离惰性气体原子，从尾部喷出高速氙离子流，从而为探测器提供动力。

　　而携常规燃料，势必增加航天器的负荷，影响其使用寿命。随着人类不断走向深空，需要有—种功率合适、重量轻、寿命长、成本低，安全可靠的空间能源。

　　科学家探索

　　“超时空动力”

　　还记得美国著名科幻电影《星际迷航》里，那艘能以超光速航行的宇宙飞船“企业”号吗？借助两部“曲速”引擎的动力，“企业”号成功突破了光速限制，以令人不可思议的速度穿越各个星际……人们不禁会思考——超光速旅行可能吗？

　　早在上世纪50年代，德国物理学家海姆就开始探索“超时空动力”的概念。海姆提出，强力磁场可制造引力场，以高速推动宇宙飞船。如果磁场够强大，宇宙飞船就可以进入一个比我们所在的时空更高的空间，以超高速航行。当磁场一消失，宇宙飞船就会重返现在的时空。在这种方法下，宇宙飞船能以50倍光速的高速运行，只需5小时便可往返火星，到11光年（光线在一年时间中行走的距离，约9．46亿公里）以外的星体也只需80天。

　　海姆得出的结论像极了科幻小说中的情景，以至于有人干脆认为他是科幻小说家而非科学家。2003年，也就是海姆去世两年后，他的部分研究成果被计算机模拟实验所证实，其理论随之引起重视。

　　在2005年度美国航空航天学会年会上，德国物理学家萨尔茨吉特撰写的一篇有关“超时空引擎”的论文，获得了“核能和未来航空”项目大奖。该论文描述了一种“超时空引擎”，它能使飞船以极快的速度飞行，从而进入另一个空间。从某种程度上讲，这是科学界对超光速现象的一种认可。

　　“反物质收割机”

　　让能量无限

　　海姆的“超光速旅行”虽让很多人神往，但人们不禁会问，用什么燃料提供动力，飞船才能维持超光速旅行呢？还用传统的液氢、液氧吗？如果要进行超光速、持续时间长的星际旅行，飞船恐怕要携带半个地球那么大的“液氢包”。人类需要能效更高的燃料，在这方面“反物质”是一个不错的选择。

　　“反物质”带有相反电荷，如反质子、反电子等，与普通物质“水火不相容”。二者一旦相遇，便产生“湮灭”（反物质和物质相互吸引、碰撞而转化为光并释放出的巨大能量，这个过程叫做湮灭）现象，产生的能量十分惊人。0．1克反物质可以产生200吨液体燃料所产生的动力，1千克反质子产生的能量足以满足全世界26分钟的全部能源需求。并且“湮灭”反应不产生任何污染，世界上可再难找到比这更理想的能源了。

　　在太阳系内，来自外太空的被称作“宇宙射线”的带电粒子与太阳产生的带电粒子（俗称“太阳风”）猛烈撞击时，就能产生反物质。美国宇航局正计划用一种具有特殊结构的球状构件，将这些“流浪”的反物质收集起来，由于设备要漂浮在太空中，因此被称为“太空反物质收割机”。

　　这种还在设计中的“反物质收割机”由3个同心的球状构件组成，最外部的球状构件直径达到16公里，作用是只允许反质子通过。中间的一层球状构件直径有数公里，反质子通过它后将最终落在最里层的球状构件上。最里层的球壳直径只有100米，其内部强大的电磁场将反质子吸附起来。收集并储存好的反物质就可以大显神威了，普通物质与反物质反应时能量产生速度很快，如能灵活控制反应进程并应用在航天器动力供给上，未来宇宙飞船的速度将快得多。

　　开发核动力飞船

　　最现实

　　在日本动画片《奥特曼》中，宇宙英雄奥特曼每次与怪兽搏斗都得速战速决，因为他自身携带的能量有限。一旦能量用完，它将永远返回不了自己的星球了。目前的载人飞船就有点像这位宇宙英雄，由于火箭动力、飞船自身携带燃料的限制，飞船必须在规定时间内返回地球，否则便逃脱不了“无家可归”的命运。动力问题严重限制了飞船的航线，解决这一问题的最现实办法当属核动力了。

　　美国宇航局很早以前就进行了核动力飞船的研究。早在上世纪50年代末，美国著名科学家、普林斯顿大学高等研究院教授弗里曼•戴森就提出了一个用核弹作飞船动力的理论模型，这就是后来美国政府秘密实施的“猎户座计划”。该计划利用数千枚核弹产生的冲击波推动飞船极快速度前行，但后来该计划被中止。

　　目前对核动力的研究主要集中在核能的转化方面，如利用热电材料将核反应堆产生的热能转化成电能等。美国宇航局（NASA）已经同意给洛•马公司的核动力项目“普罗米修斯”划拨600万美元的经费，以便对由小型核反应堆驱动的跨行星探测飞船的建造进行理论研究。虽然核动力飞船在近几年里不大可能升入太空，但很多人都相信，核动力是目前科学技术发展水平下实现“星际旅行”的惟一可行形式。