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  基础知识    
“ 纳米飞船 ” 将以 20% 光速 奔向半人马座
作者:cmh        来源:中国科技网-科技日报 等 
日期:2016-04-17    阅读次数:1223
副标题:

       科技日报北京 4月 13日电 ( 记者刘霞 )据英国 《 自然 》 杂志网站 13 日报道,俄罗斯亿万富翁尤里-米尔纳和著名科学家 斯蒂芬-霍金 12 日 宣布, 将携手启动又一个 1 亿美元的项目——    “ 突破摄星                         ( Breakthrough Starshot ) ” 计划,目的是研制一款直径约 10 厘米、重几克的新型 “ 纳米飞船 ”,并让数千艘这样的飞船组成舰队,向距离太阳系最近的恒星半人马座阿尔法星进发,并发回图像。   
       项目团队的设想是,利用传统火箭发射母体太空船,将数千个配备太阳帆的“纳米飞船”带往地球的高空轨道。随后,飞船开帆,一个长约1公里的光束枪发射高性能激光,在数分钟内将“纳米飞船”加速到20% 的光速,驱动其飞向目标。“ 纳米飞船 ”经过约 20 年飞行后,将到达距离太阳系最近的恒星——半人马座阿尔法星,传回在其内拍摄的行星图像。据悉,每个飞船配备有照相机、 内置 GPS接受系统、 传感器等,可对经过的行星或小行星进行研究, 飞船到达目的地后通过搭载的小型激光器将数据传回地球。   
       天文学家们认为,半人马座阿尔法星的 “ 宜居带 ” 内可能存在类似地球的行星。但其距地球约 40万亿公里,即使乘坐今天最快的太空船,飞抵那儿也需 3万年。 米尔纳说: “ 55年前的 4月12 日,苏联宇航员尤里- 加加林首次进入太空;今天,我们准备迈出下面的一大步——走向星际空间。”   
       新项目由去年刚从美国国家航空航天局 ( NASA ) 艾姆斯研究中心负责人位置退休的皮特-沃登负责,还有一个由顶级科学家和工程师组成的顾问委员会。霍金在自己的微博上表示,脸谱负责人马克-扎克伯格也将加入新计划。沃登说,他们已同 NASA、 欧洲空间局以及其他太空机构接洽,希望获得支持或开展合作,所有数据也都将公开发表。   
       科学家们提出该项目面临 20 项技术挑战,并坚信能够克服。 但有专家称, 这些前往系外空间探索的 “ 纳米飞船 ” 能够采集发回的数据有限,如此大的投资似乎并不值得。去年,米尔纳和霍金曾携手启动旨在寻找外星生命的另一个1亿美元项目。   
       “  纳米飞船  ” 将以20%  光速奔向半人马座左图 4 月12 日,在纽约新世贸中心观景台,斯蒂芬-霍金在发布会上介绍 “ 突破摄星 ” 计划。右图 嘉宾在发布会上展示名为 “  星片 ” 的电脑芯片(图略)( 新华社记者 李畅翔摄)。   
       延伸阅读(一)霍金不疯狂:探测半人马座α星技术日本已做到   
       (2016-04-15 01:29:00 来源: 新浪)   
       尤里-米尔纳,一个互联网投资人,他投资过 Facebook、 Twitter 等知名企业。他却在在今天之前,你觉得不会把他和物理学家霍金联系在一起。然而他却在今天和霍金联合宣布了一项 “ 疯狂 ” 的计划:去探测半人马座α星。太空计划投资人尤里和物理学家霍金(照片略)。   
       半人马座α星,除太阳外离地球最近的恒星,距离地球4.3光年。也许那里的行星会有生命的迹象。而人类最快的飞船飞到那里也需要几万年。   
       为了飞到半人马座 α 星,这项名为 Breakthrough Starshot 的计划声称要把飞船加速到 20% 的光速。其中使用的 “ 黑科技 ” 就是光束推进,这项技术究竟有什么厉害的地方,让霍金愿为之背书 ?这要从当下的太空技术说起。   
       传统火箭的局限性   
       SpaceX 发射的 “ 猎鹰 9号 ” 火箭 SpaceX 发射的 “ 猎鹰 9号 ” 火箭(图略)。   
       要说到传统火箭的局限性,必须提到两个参数:推力和比冲。推力代表飞行器的运载能力,推力越大,火箭能运载的货物就越重。比冲代表着飞行器的效率, 比冲越大, 火箭获得加速所需要的燃料越少。 比冲取决于火箭向后喷出的气体的速度。   
       目前的大推力火箭还是用燃烧的方法:将液体燃料和液氧送入燃烧室,产生高温气体。气体从火箭尾部高速喷出对火箭反冲,从而推动火箭。这种方法的缺点是比冲太低,原因就在于火箭尾部喷出的气体速度太低。 一般情况下, 液体火箭喷出的气体速度只有几公里每秒,还不及第二宇宙速度(摆脱地球引力所需的最小速度)。这也是化学火箭比冲不高的原因。   
       以马斯克 SpaceX 公司的 “ 猎鹰9号 ” 为例,它的质量高达505吨,向近地轨道运输的能力只有13吨,而向地球同步轨道的运输能力仅为 4.85吨。用化学火箭做星际旅行显然是不太实际的。   
       用光子做 “ 燃料 ”   
       太阳帆飞船太阳帆飞船   
       为了提高  “ 燃料 ” 的速度,最后,科学家们将目光转向了全宇宙最快的东西——光子。把一束光打在镜面上,光在反射回来时会把 “ 镜子 ”向前推进。不过,这种现象在日常生活里太难看到了,因为通常的光强度太低,产生的推力还不足以克服“镜子”的阻力。   
       这些问题在高度真空的太空里却不再是问题。而且光子这种 “  燃料  ” 不必携带,只需把它 “ 喷洒 ”到飞行器上,再反弹回来就行。科学家需要克服的问题是如何让“太阳帆”获得足够的加速度。这需要研制一种特殊的材料, 它能够反射光线还要足够轻。   
       要做到这点却并不容易,太阳光实在是太弱了。在地球轨道上,800米 × 800米的面积上,太阳光只能产生5牛顿的压力,相当于一斤物体的重力。所以 “ 太阳帆 ” 必须足够轻才能获得足够的加速度,通常要做到每平方米只有几克重, 而我们通常使用的A4纸密度为70克每平方米。   
       不要以为这是天方夜谭, 其实在 2010 年,日本就已经发射了IKAROS探测器,最终 IKAROS在临近金星8万公里处略过,完成了探测任务。美国的行星协会也太阳帆技术的拥趸,他们在去年7月发射了一枚飞船,厚度仅为4.5微米, 相当于垃圾袋厚度。   
       激光推进飞船   
       设想图:激光束照射推进飞船设想图:激光束照射推进飞船(图略)。   
       但是仅仅减小太阳帆的重量并不能满足远途星际旅行的要求。还是因为太阳光实在太弱了,即使飞到海王星,飞船获得的速度也不过20公里每秒。于是,科学家们再出奇招:用超强的激光束照射太阳帆,让它加速更快。 加州大学圣巴巴拉分校的教师菲利普-鲁宾表示,未来采用这种技术可以把220 磅重的人造卫星在三天内送到火星。   
       Breakthrough Starshot项目希望用大功率激光把飞船加速到20% 光速,那么飞到 4.3光年外的半人马座α星只需要20多年。但是能做到这点的激光功率将非常高,足以摧毁靠近地球的小行星。如何制造出如此具有 “ 毁灭性 ”  的强大激光,应该是尤里 -米尔纳投资项目亟待解决的问题。   
       延伸阅读(三):“ 突破摄星计划 ” 就是瞎扯淡    
       (科学网   作者:姬扬     已有 3145 次阅读 2016-4-15 )    
       一个阔人说要读经,嗡的一阵一群狭人也说要读经。   
       2016 年4 月12 日,科技大亨尤里-米尔纳( Yuri Milner ) 说:“ 55 年前的今天,加加林成为了第一个太空人。今天,我们准备要迈出下一个大步——走向星际。”   
       一场史无前例的大忽悠,就这样开始了!   
       一、霍金的表演   
       4月12日,著名物理学家霍金在新浪开通了微博,第一篇短文回顾了自己与中国的渊源。虽然大家不知道霍金为什么要开微博,但是这位黑洞专家的吸引力确实非常大,粉丝数很快就突破了百万。   
      13 日早晨 ( 美国时间 12日下午 ),            霍金发表了第二篇微博,     宣布了    “  突破摄星计划  ”      (  Breakthrough Starshot ): 计划研发  “  超微型飞船  ”  (  nanocraft, 质量为几克的自动化太空探测器 ),并利用激光推进技术(Light Beaming ) 将其加速到光速的1 / 5。如果这个计划成功了,超微型飞船就可以在发射后 20年左右到达半人马座阿尔法星,在那里拍摄图片、采集科学数据,并把相关信息通过激光传送回来。   
       现在明白了。   
       霍金为什么要开微博 ? 因为他要忽悠人啊 !
   
       这个 “ 突破摄星计划 ” 就是瞎扯淡。下面我们就简单介绍 “ 突破摄星计划 ”, 再说明它为什么是瞎扯淡、 霍金怎么忽悠人。本文读者所需要的知识,并不超过百度百科和大学普通物理。   
       二、“ 突破摄星计划 ”简介 ( 国内新闻报道 )   
       这部分内容节录和改编自国内新闻报道 [ 1-2 ]。  
霍金和米尔纳共同宣布启动 “ 突破摄星计划 ”,人类历史上前所未有的太空探索计划,发起人包括几位世界顶级科学家和科技界实业家。他们计划开发飞行时速高达1亿6000万公里的无人太空探测器,并于是 20年内抵达离太阳系最近的星系。   
       该计划旨在给科学和太空探索带来革命性的变化,已经获得 1 亿美元的研究经费。目标任务是我们这一代人的有生之年,抵达半人马座阿尔法星( AlphaCentauri )。   
       “ 突破摄星 ” 团队提议建造小型无人宇宙探测器,探测器上将装载照相机、 导航和通讯器材、 能源供应,但其重量将比一部智能电话还要轻。这个 “ 纳米飞行器 ”将会以激光驱动,可以光速的20% 飞行。   
       一个陆基的、长约1公里的光束枪将被建于一个高海拔的干燥地区。之后,科学家们会发射母体太空船,将数千个“ 纳米飞行器 ” 带往近太空。  一旦进入太空, 这些小小的太空船将各自扬起可延展达数米的光帆。  光束枪会将光束聚焦在光帆上,  驱动  “ 纳米飞行器 ” 飞向目标。  这些   “ 纳米飞行器 ”   将在数分钟内加速到时速 1亿6000万公里。有价值的数据会通过飞行器上的激光通讯系统传回地球。   
       三、“ 突破摄星计划 ”简介( 项目网站内容 )   
       先说说“ 量级 ” ( scale ) 的概念。简单地说,“ 量级 ”就是 “ 大小差不多 ” 的意思。比如说,“ 克的量级 ” 就是说质量为几克乃至几十克( 也可以是零点几克,或者上百克 );“ 米的量级 ” 就是说长度为几米 ( 也可以是零点几米,或者几十米 );依此类推,“ 千米的量级 ” 就是几公里了; 一代人的时间,大致是几十年。   
       下面这部分内容来自于突破项目的网站 [ 3 ] 。是我大致翻译的,虽然不一定特别准确,但是也不会太离谱——在翻译质量的 “ 量级 ”上来看,大致是正确的。   
       米尔纳和霍金宣布启动“ 突破摄星计划 ”( Breakthrough Starshot  Project ),计划用几年或几十年的时间,开发出速度为1 / 5光速的无人微型飞船,飞向半人马座阿尔法星,在那里拍摄照片、采集数据并传送信息回来。   
       突破摄星计划初期投资 1 亿美元,只是为了证明 “ 激光驱动的超微型飞船 ” 具有可行性。这种飞船的速度是光速的 1 / 5,可以到达近邻的恒星系,拍摄那里有可能存在的行星图像,获取其他科学数据。   
       突破摄星计划的核心内容是超微型飞船( Nanocrafts ) 和激光推进装置( Light Beamer )。   
       1、超微型飞船是质量非常轻的全自动飞船,大概是几克乃至几十克重,包含星芯( StarChip )和光帆 ( Lightsail ) 两个主要部分。 星芯包括相机、光子推动机( photonthruster )、 动力供应系统、 导航和通讯设备,还有全套的空间探测器,总重量是几克乃至几十克。 光帆只有几百层原子的厚度,质量为几克乃至几十克。   
       2、激光推进装置由相位相干的激光阵列构成,每次发射需要产生和存储的能量,大约相当于几百万度( 千瓦时 )的电。(译注:总功率大约是1亿千瓦,100 gigawatt )。   
       超微型飞船可以大批量地制作,价格大致相当于 iPhone手机,大批量地发射,从而增加冗余度和覆盖面 ( 译注:提高“ 瞎猫碰到死耗子 ” 的可能性 )。激光推进装置是模块化的,可扩充的。一旦技术成熟的话,每次发射的费用可以降低到大约几十万美元。   
       研发阶段预计要持续若干年,1亿美元经费说的就是这个。为了实现终极目标( 抵达半人马座阿尔法星 ),需要的预算还要大得多呢 ( 译者估计:几十亿乃至几百亿美元,这还仅仅是下限 )。 需要实现的技术指标  ( 技术路线,Path to the stars)如下:   
       1、在高海拔的干燥地区,建立陆基的、 范围为 几千米的激光推进装置。(  译注:不是长度为几千米,而是方圆几千米。 );   
       2、每次发射需要产生和存储的能量,大约相当于几百万度电( gigawatt hours );   
       3、发射航天母舰,搭载几千个超微型飞船,飞到太空轨道上( a high-altitude orbit );   
       4、采用实时的适应光学技术( adaptiveoptics technology ),消除大气层对激光光束的干扰;   
       5、把激光束聚焦在光帆上,在几分钟内,把超微型飞船加速到终极速度;   
       6、在旅途中遇到的星际尘埃;   
       7、用超微型飞船上的激光通讯系统将拍摄到的行星图像和其他科学数据传回到地球上;   
       8、利用发射超微型飞船的激光推进装置来收集4光年后的数据   
       这些都是巨大的工程挑战,更多细节可以在项目网站上找到。据该网站说,所有的关键要素要么是已经可以实现的,要么就是在合理假设下有可能在近期内实现的。   
       突破摄星计划将在开放、合作的研究环境中进行:完全属于基础科学研究;发表新结果,完全透明、开放获取;对所有相关领域的专家开放,对公众开放,谁都可以到项目网站的论坛来贡献想法。   
       激光推进系统比现有的任何科学大设备都要大得多。 项目需要全球合作和支持。 发射的时候,要得到所有适当政府和国际组织的批准。   
       等到星际旅行所需的技术成熟了, 就会出现很多其他机会  ( 译注:这些才是似乎有那么一点点可能性的东西 ):探测太阳系;用激光推进装置作为千米量级的天文观测望远镜;探测有可能撞击地球的遥远小天体( 译注:这个遥远并不远,应该就在太阳系以内,跟半人马座阿尔法星的距离没法子比的 )。   
       四、项目可行性被质疑   
       已经有一些专家质疑了这个项目的可行性。   
       “ 对于这一计划,相关领域的专家解读,想法很好,但目前具有科幻色彩。如果在遥远的将来能够实现,将具有开创性工程意义,但还谈不到科学价值。”   
       “ 北京大学天文学教授徐仁新说,他完全不相信该计划会成功。微小的太空船会在长途的星际旅行中遇到非常多的障碍,比如撞上小小的星尘时,飞行器就会大大减速。‘  即便一部分可以抵达半人马座阿尔法星, 它们也不能送任何数据回地球,因为它们的天线太小了。 ’ ”   
       有些专家更乐观些。“ 北京天文馆的高级工程师寇文说,该项目应该考虑西藏作为安置大型光束枪的一个备选地点。寇文说,西藏是全球海拔最高的高原,其干冷的气候将减少对激光光束的大气吸收和干扰, 这个条件比地球而上其他地方都要优越。”   
       总的来说,专家们都很客气,说的话都很婉转。为什么呢 ? 原因很简单:霍金太有名了,米尔纳太有钱了,普通人太喜欢看热闹了。   
       虽然这就是个再明显不过的忽悠计划,根本不可能实现的空想,但是,局外人谁也抹不下脸来,谁也不好意思直截了当地说:你这就是瞎忽悠嘛。   
       五、关于技术路线的说明   
       下面我从几个方面来介绍突破摄星计划,主要说明为什么要采用这样的技术路线。基本上是正面的描述。   
       5.1、为什么选择半人马座阿尔法星 ?   
       因为它是离我们最近的恒星,那里也许还有行星。   
       半人马座阿尔法星就是中国古代所说的“ 南门二 ”。 根据百度百科  [ 4-5 ],用倍率不高的小望远镜就可看出,南门二是光彩夺目的双星。其实它是个三星系统,由甲、 乙、 丙三星组成:甲、 乙两星都是特亮星 ( 距离太阳系大约4.36光年 ),丙星约11等(即著名的 “ 比邻星 ”,是已知的离太阳系最近的恒星,大约是 4.22光年 )。在中国二十八宿系统中,南门二是角宿的一部分,“ 南门 ”初见于《 史记 》,指的是 “ 南天门 ”。   
       南门二到地球的距离大约是 4.3光年,也就是说,从地球出发,即使是用光的速度跑,也要4.3年的时间才能到达南门二。 如果超微型飞船的速度为光速的1 / 5,那么就需要20多年才能到达那里;到了那里以后不休息,马上拍照、传数据,我们也要再等4年多才有可能收到信息。 即使一切顺利,从超微型飞船成功发射,等到它抵达南门二并传送信息回来,也要 25年的时间。   
       5.2、为什么飞行速度要达到光速的1 / 5 ?   
       因为有人等不及了。   
       16 亿公里每小时 ( 英文报道用的是 10 亿英里每小时 ),这就是个大概数字而已,只是让你知道跑得非常快。多快呢 ?大约是每秒钟 4.4万公里,而光速是每秒钟30万公里。显然,项目里说的另一个数字,“ 光速的1 / 5 ”,也只是个大概数字而已。这些数字都没有必要精确到小数点后的,有个数量级的概念就行了。   
       1977 年,美国发射了  “ 旅行者1号 ”,这是全球第一个太空探测器,也是迄今飞行距离最远的人造物体。“ 旅行者1号 ”的速度大约只有每秒钟几十公里的样子,比博尔特快多了,比 F1也快多了,可是从星际旅行的角度来看,根本就不值一提。经过近40年的时间,“ 旅行者1号 ” 才刚刚离开了太阳系 ( 也许还没有离开呢 )。它走过的距离大约只有 “ 1光天 ”,也就是光在一天里走过的距离。要用这个速度跑到南门二, 估计要用4万年的时间——黄花菜早都凉了。   
       一万年太久,只争朝夕 ! 聪明绝顶的霍金,终于在垂暮之年领悟到了这个道理——朝闻道,夕死可矣。   
       5.3、为什么要用激光推进?   
       因为其他方式无法提供足够多的能量。   
       物体从静止加速到光速的1 / 5 ,需要非常多的能量。到底要多少能量呢 ? 我们都听说过爱因斯坦的质能转换公式( E = mc2 ),如果把一个静止物体的质量全部转化成的能量记为 100,那么,这个物体以1 / 5光速运动时的动能就是 2,换句话说,需要把2% 的质量转化为能量。也许你会说,听起来并没有什么了不起的啊,才2% 嘛。可是要知道, 核聚变的转换效率也只有0.3% ,核裂变的转换效率更是连0.1% 也到不了。再说,现在还做不到可控的核聚变,而核电站 ( 可控的核裂变 ) 都有巨大无比的外壳 ( 比核裂变材料要重几万倍,甚至更多 )。化学燃料的能量转换效率就更不用说了, 比核裂变还要低几万倍甚至几十万倍呢。 效率更高的方法就只有传说中的反物质了,可是现在能够生产的反物质都是以原子个数来计算的( 比如说,几万个或者几百万个,104-106个 ),根本就不可能制造出几克反物质出来( 那至少意味着10亿亿亿个,1023个 )。   
       所以说,没办法。每次发射需要的能量,大约相当于几百万度电,甚至更多。只能靠外界输入能量,而激光几乎是唯一可以提供足够多能量的方法了——至于传说中的太阳风, 永远不可能把飞船加速到每秒钟几百公里的。   
       5.4、怎么样实现激光推进 ?   
       把激光束聚焦在光帆上,在几分钟内,把超微型飞船加速到终极速度。这就需要非常高质量的光束,下面这些措施都是为了实现高质量光束这个目标的:在高海拔的干燥地区,建立陆基的、 范围为几千米的激光推进装置;采用实时的适应光学技术, 消除大气层对激光光束的干扰。地球表面的大气层对光束质量的影响最大;其次是光束的有限口径带来的衍射效应。  高海拔、 干燥天气、 适应光学技术,都是为了尽量消除大气层的影响;方圆几千米的激光推进装置, 是为了降低衍射效应的影响。   
       补充几句。这个方圆几千米,并不是说激光器要有几公里长,而是说需要口径为几千米的超级反射镜。 这并不是一个口径几千米的反射镜,而是几百个( 甚至几千个,就要看你有多少钱了 )、口径几米( 或者几十米 ) 的反射镜,这些反射镜彼此精密合作,成为一个等效的超级反射镜。   
       5.5、为什么要用航天母舰搭载超微型飞船?   
       很简单,就是为了消除大气阻力。再说,现在的技术已经可以很容易做到这一点了。   
       5.6、怎么样利用激光推进装置收集回传的信号?   
       回传信息是通过激光实现的。激光推进装置的超级反射镜可以把信号光汇聚到高灵敏的探测器上。超级反射镜的口径越大,收集信号光的效率也就越高。   
       六、“突破摄星计划”就是瞎扯淡   
       下面我从几个方面来说明这个计划为什么就是瞎扯淡。 基本上是基于普通物理常识的质疑——只用了大学普通物理学课程的内容。   
       为了便于说明,我们假设超微型飞船 ( 加上光帆 ) 的重量为10克,光帆是直径为 10米的圆盘 ( 面积大概为100平方米,厚度大约只有 100纳米,也就是几百个原子层 )。假定激光总是垂直于圆盘形光帆 ( 其实这是很难做到的, 但是不管它了 )。进一步假定,成功的激光推进技术意味着可以在10分钟内 ( 600秒 )把超微型飞船( 加上光帆 )加速到1 / 5光速,也就是每秒钟 6万公里的速度。   
       6.1、加速距离有多长?   
       加速过程的平均速度是每秒钟 3 万公里,加速时间 600 秒,那么加速距离就是2千万公里,没多远。这是地球到月球的距离的50倍,是地球到太阳的距离的1 / 8。这只是光走1分钟的距离,确实没多远。要想走到终极目标南门二 ( 半人马座阿尔法星 ),光也要走4年呢,这才走了200万分之一( 60×24×365×4 = 200万 )。真的是万里长征第一步啊。( 注:中学物理 )   
       加速距离的一半是1千万公里。 这意味着,我们要把激光汇聚到方圆10米的面积上,而这地方离我们有1千万公里。这是个非常困难的任务,但在理论上还是可以实现的。   
       光就是电磁波,它是一种波动效应。 波总是会发散的,激光也会发散,只是激光的发散角可以很小而已。假定激光波长为1微米,10 米口径的光束,意味着光的发散角是10-7,经过1千万公里后,光束的口径就变为1公里。  这正好说明了我们为什么需要方圆几千米的激光推进装置了——也就是超级发射镜的口径。( 注:大学二年级普通物理学——光学, 衍射 )  
       顺便说一句,这个道理同时说明了第一个不可能完成的任务:超级飞船的尺寸太小了, 就算它抵达南门二 ( 半人马座阿尔法星 ),也不可能发射激光信号回来—— 这是由衍射效应决定的。   
       6.2、加速需要的能量有多大?   
       10 克物质,速度为每秒钟6万公里,动能就是 2×1013 焦耳,这个能量大致相当于5百万度电(中学物理)。然而,这还不是光源需要提供的能量,因为光并不能把所有的能量都用于推动物质前进,它会被反射回去,从而带走一部分能量。考虑到这一点,能量至少还要再增加10倍:可以认为加速过程中平均速度为0.1倍光速, 所以反射光子能量为入射能量的 90%。(大学二年级普通物理:电磁学,相对论)   
       也就是说, 每次发射所需要的能量至少是 2 × 1014 焦耳,大致相当于5千万度电。小意思啦。我家每年用电量大概是 2500度,这才是2万个家庭的一年用电量,真是小意思了。现在的电费好像是5毛钱 ( 工业用电更贵,接近1块钱 ), 发射一次也就只用2千5百万元,或者说400万美元,太便宜了。这也是个非常困难的任务,但在理论上还是可以实现的。   
       顺便说一句,这个道理同时说明了第二个不可能完成的任务:这么大的能量照射在光帆上,很容易就把它烧掉了。 光帆上的功率为3百万千瓦每平方米 ( 2×1014焦耳/600秒/100平方米 ),这个功率有点大。地球表面的太阳光功率大约是  1千瓦每平方米,太阳表面的光功率大约是50万千瓦每平方米,只有这个数值的1/6。有句话怎么说的来着?谈笑间,樯橹灰飞烟灭 ! ( 注:大学一年级物理,热学 )   
       也许你会说,可以做个百分百反射的镜面光帆,把激光都反射回去,不就可以了吗?还是不行。根本就没有百分百反射的镜面,99% 行不行?不行。99.99% 行不行?还不行。99.999999% 行不行?对不起,还是不行。为什么?99.999999% 的反射率意味着一亿分之一的光被吸收,也就是 2×106 焦耳的能量,对于 10克物质来说,这个能量足以把它的温度加热到几万度以上,还是那句话:谈笑间,樯橹灰飞烟灭!( 注:大学一年级物理,热学 )   
       6.3、对于激光推进装置有什么样的要求?   
       为了把激光汇聚在1千万公里以外的光帆上,必须拥有超级反射镜。对这个反射镜的要求有多高呢?          
       首先, 这不是一个平面镜,而是一个曲率随时间变化的球面镜 ( 因为超微型飞船在不停地往前飞啊 )。 为了达到汇聚的效果,球面镜上任意一点与球面中心的高度差必须满足 h = r2 / 2d, 其中,r是该点到球面镜中心的距离,d 是到光帆的距离,h 和 r2/2d 的差别必须远小于激光波长也就是 1 微米。在距离为 1千万公里的时候,对于 1 公里的口径,这个数值h是10 微米;相距一米的两点,高度差大约是 0.5埃,也就是氢原子的大小。理论上也是可以做到的。( 注:大学二年级普通物理学——光学,干涉 )   
       其次,1 千米口径的、曲率随时间变化的球面镜,根本就做不来,只好用成百上千个小镜子拼起来。拼起来的超级发射镜还要同步地调节,好吧,理论上也是可以的,实践上你也是可以祈祷的。   
       第三,这成百上千个小镜子,还要配备成百上千个激光器,这些激光器也必须同步,他们的频率和相位必须完全相同。好吧,你可以接着祈祷了。   
       这就是需要千米量级的、相位相干的激光推进装置的原因。这也同时说明了第三个不可能完成的任务:在物理学工作者里面,有这么虔诚的祈祷者吗?也许霍金除外。   
       6.4、能不能利用激光推进装置收集回传的信号 ?   
       不能。 我们已经在5.1里回答了这个问题: 超级飞船的尺寸太小了,就算它抵达南门二, 也不可能发射激光信号回来——这是由衍射效应决定的。再说,他也搞不到足够的能量啊。这是第四个不可能完成的任务。俗话说得好:再一再二, 不能再三再四    
       好了,就说这么些吧。应该可以说明这个计划是纯忽悠了吧。具体的数字可以讨论,改来改去的应该可以变化几个数量级,但是不会影响最终的结论:这个计划就是瞎忽悠。利用这里的方法,也很容易判断推进速度为每秒钟 1000公里的可能性,以及相应的困难。   
       有人说, 中国人有的是钱,缺的是想象力。我的看法正好相反:这种满嘴跑火车的选手,我们其实是要多少就有多少的,唯一缺少的就是钱啊——噢,对了,还有名气 !   
       七、为什么要忽悠 ?   
       显然,霍金推动的这个 “ 突破摄星计划 ” 就是瞎扯淡。   
       那么问题来了:他们为什么要瞎扯淡呢?这么忽悠来忽悠去的,有什么好处吗?这都是大科学家啊,他们会不懂普通物理学吗?就算是那个大富豪米尔纳,对了,还有脸书的扎克伯格,他们的物理也肯定学得好的很呢,他们会不懂这么简单的事情?   
       察见渊鱼者不祥,智料隐匿者多殃。我就不多扯了,简单地用两句话做结束语吧:   
       1、大学普通物理很重要!   
       2、都指望中国政府买单!   
       附录(略)    
       PS:   
       其实这件事没有那么复杂,就是为激光武器竞赛做铺垫的   
       年三十打兔子,有他过年,没他也过年   
       顺便忽悠一下呗,反正闲着也是闲着   
       本文引用地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-1319915-970322.html  此文来自科学网姬扬博客,转载请注明出处。

    
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