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卷一太空航行導論 第四節 第二種推進形式:星際沖壓噴射推進系統

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    星際沖壓噴射推進系統的想法與具體計算結果乃是在六零年代由洛斯·阿拉摩斯研究所的r·w·巴薩德所提出。這種形式的推進系統原理十分簡單,也就是噴射機引擎的運作原理。從行進方向吸入氣體,加速后往后噴出以獲得反作用力。

    太空中雖然號稱是真空,但仍然是有氣體分子存在的。當然密度非常小,平均大約是每立方公分的空間中有一個粒子,但有些具有豐富星際氣體的地帶的粒子數量可能在通常的百倍到千倍左右。如此稀薄的氣體使得沖壓噴射推進系統的進氣口要夠大才能吸入足量的氣體,基本上在星際氣體通常含量的空間,進氣口需要有直徑數千公里的面積才行。但實際上真正的進氣口會只有幾百公里左右,再由進氣口用線圈造出直徑幾千公里大小的電磁場漏斗來電離并吸引星際氣體。

    這個方法的缺點是磁場的強度會非常高,會有數萬到上百萬特斯拉,而這種強度的磁場產生的拉力將會讓線圈崩毀,因此必須用低重量高強度的材質固定線圈,構想中的方法是用鉆石來束縛,但這個鉆石本體也會有數千噸重。

    除了電磁漏斗吸引的方法外,也有另一種方法,即用電磁透鏡聚焦星際氣體離子。這種方法所需的磁場非常小,約數百到數千特斯拉,但電磁透鏡必須放在進氣口本體前幾千萬公里到幾億公里的地方,因而會造成一些困擾。想縮短距離則就必須加大電場,但這一來就會面臨原先規避的磁場強度過高的問題。另外這種方法會有色差的問題,即聚焦不夠精密造成的散射損失。這種系統的優點是不需要攜帶燃料,其所使用的<!--中间广告位置-->燃料質量為星際氣體密度乘以太空船進氣口掃掠過后的體積,即最大進氣口面積乘航行距離再乘以星際氣體密度。但此類系統和所有的沖壓系統一樣,無法在低于某個速度的情況下使用,實際上這個臨界速度約在光速的十分之一到十分之二之間。因此必需使用其它型態的推進系統作為第一節加力器,讓太空船達到啟動沖壓推進系統的臨界速度。再者這類系統也無法減速,而其所達到的超高速度也讓使用他種系統減速十分困難。

    最后,這類第二種推進形式的系統因其不需要攜帶燃料(不考慮加力器燃料),因此不能使用火箭速度公式,必須使用另外的動量守恒公式。故在此不能用前面的標準太空船公式計算最終速度。就理論上而言,最佳噴氣速度為光速的沖壓噴射系統(即正反物質反應系統)所能達到之巡航速度等于裝載了沖壓系統航在線能吸入的所有星際氣體的質量的反物質火箭所能達到的速度。但由于星際氣體是正物質,因此最佳噴氣速度不可能等于光速。

    若以核融合動力之噴氣速度來看,則此類系統的效率將遠高于第一種推進型態的核融合火箭系統,其可以用相同的質量比達到更高的速度。重點就是其完全不需要攜帶燃料,飛行越久吸入的星際氣體就越多,故質量比也就越高。換句話說其最終速度乃視其飛行時間而定,屬于一種變動質量比甚至是質量比近于無限大的系統。理論上是唯一可以進行永恒推進的系統(其它推進系統雖然也可以永恒飛行,但無法永恒推進)。因此此類系統乃是目前理論上能夠最接近光速的系統。

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