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星際航行是全國科學技術名詞審定委員會公布的科技類名詞。

在漢字的歷史上,人們通常把秦代之前留傳下來的篆體文字和象形文字稱為「古文字[1]」,而將隸書和之後出現的字體稱為「今文字」。因此,「隸變[2]」就成為漢字由古體(古文字)演變為今體(今文字)的分界線。

名詞解釋

星際航行(interplanetary and intersteller navigation)是行星際航行和恆星際航行的統稱。行星際航行是指太陽系內的航行,恆星際航行是指太陽系以外的恆星際空間的飛行。不載人行星際航行已經實現,而恆星際航行尚處於探索階段。已知太陽系最外層行星(冥王星)的軌道半徑為60億千米,而離地球最近的恆星(半人馬座比鄰星)與地球相距4.22光年,約合40萬億千米,其他恆星和星系的距離則更遠。人們現在能觀測到的宇宙範圍約為100億光年,用現在火箭技術所能達到的速度(20千米/秒)可以飛出太陽系,但不能實現恆星際航行。因為以這個速度航行到最近的恆星比鄰星約需65000年。航天器只有達到接近光速的速度,恆星際航行才有實際意義。要使航天器接近光速,必須把火箭的噴氣速度提高到接近光速。

探索發展

不載人行星際航行已經實現,而恆星際航行尚處於探索階段。如以冥王星的軌道作為太陽系的邊界,太陽系的半徑約為60億公里。除太陽外,離地球最近的恆星──半人馬座「比鄰星」的距離為4.22光年(1光年等於9.46×1012公里),約合40萬億公里,相當於地球到太陽之間距離的27萬倍,其他恆星和星系的距離則更遠。人們現在所能觀測到的宇宙範圍約為100億光年。用現代火箭技術所能達到的速度 (20公里/秒左右)可以飛出太陽系,但不能實現恆星際航行。因為以這個速度航行到最近的恆星「比鄰星」約需65000年,到天狼星約需13萬年。航天器只有達到接近光速的速度,恆星際航行才有實際意義。要使航天器接近光速,必須把火箭的噴氣速度提高到接近光速的水平。但是即使利用氫聚變反應產生能量轉化為動能,噴氣速度也只能達到光速的5%。以這樣的噴氣速度使航天器速度達到0.8倍光速,則航天器起飛時的質量將為航天器質量的34.8億倍,這是無法實現的大質量比。

因此,只有一種火箭可能中選,那就是一位德國科學家在 1953 年提出的光子火箭。光子火箭的構造是這樣的:在火箭的尾端裝置了巨大的反射鏡,在正對其焦點的位置上使這種反應進行。這種反射鏡必須具有安全的反射率,否則在強烈光束的作用下,火箭體就會被熔化掉。對這種光子宇宙飛船來說,未能解決的問題實在太多了,可是誰也不敢斷言人類將來不可能造出這種飛行器來。所謂光子就是構成光的粒子,當然具有接近或達到光的速度。德國科學家研究的就是光子猛烈噴射所推進的光子火箭。這種光子火箭在理論上極接近光速,從而可被稱為最終的飛行器。

發展史

1957年10月4日蘇聯成功地發射了世界上第一顆人造衛星,從而開創了人類歷史的新紀元——星際航行時代。這個新時代的到來,標誌着人類幾千年勞動創造的天文學、數學、物理學、醫學以及一系列近代科學技術的綜合結晶和升華。也標誌着在地球上生活了幾千年的人類將要進人宇宙空間,開拓地外文明的開始。

從1957年10月到1961年4月不到四年的時間裡,人類共發射5顆人造衛星。對於火箭飛行技術、衛星姿態控制以及日地空間環境等一系列資料掌握得比較成熟以後,1961年4月12日「東方一號」衛星式飛船把把蘇聯第一個宇航員一,加加林少校帶到了外層空間並安全地返回地面,從而第一次實現了人類飛向太空的理想。這是人類飛往太空的第一個里程——人類地外空間飛行。

本世紀60年代是人類開始進人太空的年代。自1961年4月12日到1969年7月13日,人類向外層空間發射載人的和不載人的衛星、飛船和宇宙探測器共938顆。在充分掌握了地月飛行軌道、地月飛行環境之後,1969年7月16日,阿波羅11號將美國宇航員N.阿姆斯特朗、E.奧爾德林和M.柯林斯帶向了月球。同年7月20日,阿姆斯特朗和奧爾德林首次登上月球,從而將人類飛月的美麗幻想變成了現實.這是人類飛往太空的第二個里程——人類地月空間飛行。

明顯的標誌之一是舉世矚目的「空間巨人」,美國第一個實驗性空間站——天空實驗室」的出現。它在空間渡過了長達六年之久的黃金歲月。一批批宇航員進人「天空實驗室」,在一個「複式外層空間接合器」的小艙內操縱着各種控制儀表,進行日地關係、地球環境等共412項科學研究。使用由八組鏡頭組成的巨大望遠鏡,觀測和記錄太陽紫外、紅外和X射線等各種活動圖像,共拍攝太陽照片182842張,使人類第一次看清太陽大氣的真面目。這一驚人的成就被譽為世界太陽物理學的重大事件,這些結果都是在地球上無法獲得的。

第二個顯著標誌是,星際航行事業的迅速發展推動了一門規模空前宏大的科學一一空間科學的誕生。空間科學是以日地系統整體行為研究為軸心,以空間天文學、空間物理學、空間化學、空間地質學、空間通訊科學、空間生命科學、空間醫藥學、空間材料科學和空間微重力科學為扇面而展開,從而構成了科學史上規模空前宏大的科學領域。這門科學將吸收和利用人類最先進的科學和技術成果去推動本科的發展。它的每一步成就都將是成為空間大國地位的重要標誌。

第三個顯著標誌是航天飛機的出現。它是航天史上運載能力和技術的重大突破。代替了過去一次發射的運載火箭,而像飛機一樣地往返飛行。它能向地外空間軌道輸送衛星、回收舊衛星、打掃空間垃圾。航天飛機出現的更大價值是使「天空實驗室」得以更換成永久性的軌道空間站。使人能長久地在外層空間工作和生活。航天飛機方便地來回輸運,使人類能在空間軌道站上建造空間工廠、空間發電站、空間天文台、空間宇宙發射場以開發月球和行星,造福於人類。

現狀

現階段航天中使用的化學火箭發動機、核火箭發動機和電火箭發動機的噴氣速度只有光速的幾萬分之一。設想中的有可能用於未來恆星際航行的推進系統的有:①脈動式核聚變發動機:把核燃料做成很多細小的顆粒──「微型氫彈」,用激光或粒子束加熱到極高溫度,引起微型氫彈爆炸,產生衝擊波和粒子流,使其向一定方向噴射,產生反作用推力。逐個點燃「微型氫彈」可獲得脈動式的持續推力。②星際衝壓式發動機:在恆星際航天器前面裝一個巨大的收集器,在航行中不斷吸入星際空間的氫,利用氫的同位素氘為核聚變發動機提供燃料。但是這樣的收集器據計算直徑將達到數千公里。有人設想在航天器前面造成一個大範圍的人工磁場,形成無形的收集器,用磁力線捕獲星際空間的氫離子。③光子火箭發動機:根據著名的愛因斯坦質能公式:能量=質量×光速^2,利用物質和反物質相互作用,其質量全部湮滅而轉化為光能。使質子與反質子在發動機中進行反應產生光子流,光子流以光的速度從火箭噴管噴出,產生反作用力,推動火箭前進,這就是光子火箭原理。光子火箭的設想早在1953年就提出來了,但是反物質的產生、貯存和使用,發動機的設計和控制,以及大面積反射鏡的製造都不是短時期內所能解決的問題。根據愛因斯坦的狹義相對論(另一部著作為廣義相對論),在以接近光速飛行的航天器上,時間的進程遠比地球上慢,這個效應稱為時間延緩效應。設T是航天器上的時間,Te是地球上的時間,V是航天器的速度,C是光速,則有關係式: 例如:當V=0.9C時,T=0.436Te;當V=0.9999995C時,按照這個效應航天器上的時間僅為地球上時間的千分之一。這樣一來就有可能在人的壽命期限內完成一次往返遙遠恆星天體的恆星際航行。(但是,霍金認為物體速度越快,本身質量越大。當速度接近光速時,質量會大的驚人。)

參考文獻