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资源耗尽之前若不能开启星际时代,人类会不会永远困死在太阳系?

星海漫游2022-03-22宇宙观察296
一、资源会不会耗尽如果只是在太阳系过过所谓的“宇宙田园时代”的生活,资源是没那么容易耗尽的,太阳系的质量约2×10^30kg,不说戴森球,哪怕技术水平只能建一些大规模的太阳能发电阵列,也能让人类活得足

一、资源会不会耗尽

如果只是在太阳系过过所谓的“宇宙田园时代”的生活,资源是没那么容易耗尽的,太阳系的质量约2×10^30kg,不说戴森球,哪怕技术水平只能建一些大规模的太阳能发电阵列,也能让人类活得足够久。如果能实现聚变发电的话,光是月球上的氦-3,按照现在预计的储量就足够用10000年。(如果可控核聚变的科技树都点不出来,那无论是星际航行还是宇宙航行,对人类而言都是一件很困难的事情)

资源耗尽之前若不能开启星际时代,人类会不会永远困死在太阳系?



星际航行这个词,虽然目前很多人用它指代恒星际航行也就是宇宙航行,但是实际上最初这个概念是指代太阳系内的各星体间的飞行的。如果觉得人类不应该“困死”在太阳系内,所以星际时代是解决问题的方案的话,那么请看第二点。

二、宇宙航行的必要条件之一

提及宇宙航行,无法回避的问题就是动力,无论是科幻作品还是对此感兴趣的科学家,都提出了大量有关FTL的假说,但是,至少在现有理论框架和技术条件下,有实现可能的FTL手段还不存在。那么,速度问题就是宇宙航行或者说恒星际飞行不可避免的一个问题。

宇宙航行能够容忍的最低速度是多少?

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15光年内恒位置 距离太阳系15光年的范围内已知恒星共38颗,过气网红Gliese 581更是在20.4光年远的地方。(这么看来Osiris:New Dawn里的科研船飞了几十年结果就为了吃外星螃蟹烧烤好像有点惨)

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Gliese 581 系统和太阳系对比,据信Gliese 581d位于宜居带,可能存在生命

大航海时代人类航运、探索新大陆乃至于环球航行的时间短则十余天,多则数个月,这一航行时间对于太阳系内航行而言毫无疑问是非常理想,也是有可能实现的,在这样的情况下,人类将有能力高效地开采太阳系内的资源,并能在各个定居点间开展经济活动。

然而对于宇宙航行而言,航行时间被延长到了难以接受的地步。即使速度达到二分之一倍光速,到达最近的比邻星也仍然需要8年多的时间,而到达网红星系Gliese 581则需要足足40年。对于殖民者而言,这个时间好像也是能够接受的,但是即使如此,我们所面对的下一个问题,也是难以回避的,也就是动力问题。

采取近未来最可能实现的热核聚变作为动力,能量转化效率取70%,此时排气速度约1.5×10^7m/s,比冲1.5×10^6s,这一速度约为光速的5%。

严谨起见,我们此处采取广义齐奥尔科夫斯基公式也就是阿克莱公式来计算。

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其中M1为飞行起始时的质量,M2为飞行结束时的质量,V为末速度,c为光速,w为排气速度。那么,当V=0.5c时,质量比M1/M2将达到约59049,即使在今天看来,这样的一个质量比仍然显得有些夸张,这意味着一艘同现代驱逐舰运载能力相当的飞船,其总质量将超过4亿3千万吨,而要在漫长的飞行时间里实现自给自足,这一吨位恐怕还稍显不足。不过请记住,每增加一吨的重量,就要增加额外的5.9万吨推进剂,而且,这还是在不考虑减速等问题的情况下得出的结论。

三、有关如何减少质量比

要使飞船质量比足够小,根据公式,不难看出有两个方式,一是采取更有效的推进手段,加大排气速度或者能量转化效率,二是让飞船飞的慢些,但是同时,需要大大提高飞船的自持力和可靠性。

事实上,根据钱老的计算,如果要在排气速度为0.05c的情况下使飞船加速到0.8c的速度,需要接近35亿的质量比,这样看来,在技术条件有限的情况下,提高系统可靠性和自持力的世代飞船也许会成为殖民者比较理想的选择。

四、不过是工程师的一点情怀

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钱学森《星际航行概论》第一章 星际航行与宇宙航行 1.8 阿克来公式

虽然我个人认为,哪怕只是充分开发利用太阳系,对人类而言也绝非易事,以至于人类更可能早在实现这种“田园”生活之前便已经走向衰退和灭亡,但是我仍然希望几百年、几千年后,会有人在类似这样的平台提问:在走向终焉之前,人类能实现FTL吗,否则是否会被困死在猎户臂?


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