(接續上一期)
一個常見的錯誤觀念是:太陽帆能捕捉太陽風——從太陽外層大氣中噴射而出的高能電子和光子束。事實上,太陽帆是從太陽光中獲得能量的。但是,確有這種可能性,即運用所謂的等離子體帆來利用太陽風的動能。
等離子體帆是從地球自身的磁場獲得啟示而設計的。強大的帆上電磁體能在飛船周圍形成一個直徑15公里或20公里的磁場泡。太陽風中的高速帶電粒子會推動磁泡,就像它們推動地球磁場一樣。在這樣的推動下,地球不會移動,因為地球質量太大,但宇宙飛船或飛行器卻會被逐漸推離太陽。另一個好處是:正如地球磁場能保護地球面遭太陽磁暴和輻射的侵襲,磁等離子體帆也能保護飛船上的乘員。
當然,真正的“無推進劑”技術就是藉助引力。當飛船掠過行星時,它會盜取行星的部分軌道動能,這對質量巨大的行星不會造成什麼影響,卻能夠顯著提高飛船的速度。例如,當“伽利略”號探測器在1990年經過地球時,它的時速增加了18700公里,與此同時,地球在執行軌道中的速度只減少了每年不到50億分之3釐米。如此藉助引力,是對推進系統的有益研究。
好了,到此我們已經能在星際空間高速穿梭。不過,怎樣才能在目的地減速以便進入泊船軌道和著陸呢?對於化學燃料火箭,常用的減速技術是點燃制動減速火箭,可為此又需要在飛船上備足大量燃料。一種省錢得多的選擇,是透過與目的地行星自身的大氣層摩擦來為飛船制動,其中的關鍵是避免讓高速執行的星際飛船燒燬。只要飛船防熱罩設計得當,這個問題就迎刃而解了。
跟我走吧
沒有哪一種推進技術能面面俱到。實際上,太陽帆和等離子體帆可能主要用在推動物品、裝置而非人類從地球到達火星上有用武之地,因為要等這些技術成熟甚至足以達到逃逸速度,還需要很長的時間。
為了把人類送上火星,多種技術的綜合運用可能將是十分經濟的。如果,將化學燃料推進、離子推進和大氣摩擦制動結合在一起,就能把一艘定員6人的火星飛船質量降低到450噸,而且只需要6次發射,無論飛船重量還是發射次數都比單純用化學燃料推進減少一半多。混合推進技術飛行可能會這樣進行:用化學燃料火箭使飛船升空;一旦進入近地軌道,離子推進艙即被點燃,或者可能由地面控制站開啟一張太陽帆或等離子帆;在6到12個月中,飛船漸漸飛離地球,緩緩地卻不斷地加速,最終進入離地軌道。在這段時間裡,飛船上不會載員,這是為了避免地球的輻射帶對飛船乘員造成傷害。接下來,機組人員才會乘坐高速太空車前往飛船。等機組人員進入飛船後,一枚小型化學燃料火箭即被點燃,它能把飛船一下子加速到逃逸速度,然後飛船直奔火星方向而去。
由於地球和火星有各自的執行軌道,所以它們之間的幾何位置關係也在不斷變化。雖然從地球發射飛船去火星的機會每26個月就會出現一次,但是如果想進行最快、最廉價的火星之旅,卻要等15年才有一次機會,下一個最佳時機是2018年。我們有理由相信,那時真的能成行。
(全文連載完畢)