第168章 科幻引擎五（第1页）

如今，我们已实现通过降落伞减缓助推器的下落速度，並保留部分燃料使其平稳著陆——spacex公司就多次演示过这一技术。

然而，可重复使用火箭的实现仍面临诸多挑战：即使火箭箭体没有高速撞击地面或坠入腐蚀性海水，发射过程中的极端环境也会导致箭体出现裂纹和变形，需要进行仔细的检测和维护才能再次使用。

若能研发出更耐磨损的超级材料，將大幅降低火箭发射成本，实现火箭的快速、便捷重复使用——就像现在的汽车和飞机那样。

加粗-火箭方程

火箭方程决定了太空飞行器的最大飞行速度，该速度取决於两个关键因素：

1。排气速度：推进剂从火箭或太空飞行器推进器尾部喷出的速度；

2。质量比：太空飞行器满载燃料和氧化剂时的初始质量，与燃料耗尽后仅保留太空飞行器本体和有效载荷的最终质量之比。

根据火箭方程，若要使火箭达到与排气速度大小相等、方向相反的飞行速度，所需燃料的质量需接近火箭本体与有效载荷总质量的两倍。

反之，若要达到排气速度一半的飞行速度，所需燃料和氧化剂的质量仅需约为火箭本体与有效载荷总质量的一半。

举一个具体例子：

·若一艘10吨的太空飞行器使用排气速度为10000英里小时的推进剂：

o要达到5000英里小时的速度，大约需要6。5吨燃料；

o要达到10000英里小时的速度，需要近17吨燃料；

o要达到20000英里小时（两倍排气速度）的速度，需要整整64吨燃料；

o要达到30000英里小时（三倍排气速度）的速度，则需要201吨燃料。

这种急剧上升的曲线，正是我们常听到“火箭方程的暴政”这一说法的原因——它极大地限制了太空飞行器的最大速度和有效载荷能力。

大多数化学火箭燃料的排气速度在数千米秒（最高约10000英里小时）量级。要进入近地轨道（忽略上升过程中的空气阻力损失），太空飞行器的速度需达到近8000米秒（约177000英里小时）；前往其他行星需要更高的速度；而要实现实用的星际旅行，速度则需达到当前化学火箭速度的数十至数百倍。

儘管我们已有一些排气速度更高的推进方案，但通常需要在推力大小上做出妥协——为了获得更高的最终速度和效率，往往需要牺牲推力。

因此，几乎所有关於先进推进技术的討论，本质上都是在寻找以下两种解决方案：

1。研发排气速度更高的推进剂；

2。规避火箭方程的限制，例如採用无反衝推进器或雷射帆等技术。

加粗-推力

推力是使太空飞行器產生运动的力：推力越大，太空飞行器的加速度越大；加速时间越长，最终速度越高。同时，太空飞行器的质量越大，所需的推力也越大。

在太空飞行器中，推力最常见的產生方式是：火箭火焰喷出超高温气体，气体对太空飞行器產生反作用力，推动太空飞行器前进。

高推力的优势非常明显：

·没有足够的推力，太空飞行器无法脱离行星表面；

·推力越大，太空飞行器达到目標速度的时间越短，旅程耗时也越短。

然而，在实际应用中，几乎所有高推力技术都存在“低效率”的问题——能实现快速加速，但最终速度相对有限；而像离子推进器这样的低推力发动机，虽然加速缓慢，但能通过长时间持续工作达到更高的最终速度。

太空飞行器推进技术的“圣杯”，是研发一种“高推力、高效率”的燃料或推进系统，例如火炬推进器或反物质火箭。

加粗-希卡德推进器

希卡德推进器是一种恆星发动机，其设计目的是利用恆星自身的能量来推动恆星运动。