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第三宇宙速度为每秒16.7公里,光速约为每秒30万公里,约为94600亿公里。因为太阳引力的存在,如果要飞一光年的距离,必须达到第三宇宙速度,也就是逃离太阳速度才能摆脱太阳引力。目前人类的火箭以化石燃料为动力,效率比较低。他们能达到的最高速度是第三宇宙速度,最多16.7公里。一光年是光传播一年的时间,每秒30万公里,每秒16.7公里需要近3万年才能飞跃一光年。
以人类现有的航天技术,在宇宙里航行1光年要多久?
第三宇宙速度是16.7公里每秒,光的速度是约30万公里每秒,约是九万四千六百亿公里,因为太阳引力的存在,要想飞出一光年的距离,就必须达到第三宇宙速度,也就是逃逸太阳速度以挣脱太阳引力。但很可怜人类造不出一下就可以飞出第三宇宙速度的飞船。虽然最新的新视野号飞出过16.5的速度。但是,还差点。不过沒关系,我们可先设定一条路线,在路线当中经过太阳,木星等大质量天体,这些天体有引力还有自转,我们顺着它们的自转绕几圈。
然后,飞船一个加速度,飞船就像铅球一样被甩了出去,速度就慢慢加起来了。随着飞船离太阳越远,太阳引力就越小,加速度的功就越大,飞船的速度就可以越快。当然,前提是还有燃料让你加速。在太空中是沒有空气阻力的,只要给物体施一点力,飞船就会理论上一直飞下去。前提你速度够快不会被某个天体引力捕捉以人类在太空中最快的飞行器旅行者一号为例,他经过多次加速度后已达每达六十六公里每秒。
以人类目前最快的飞行器,要用多久的时间才能走一光年?
如果靠人类自己制造的最高速度,跨越一光年也许需要30000年如果靠人类飞行器曾创造的最大飞行速度,跨越一光年也需要2000年左右,人类还不具备跨越光年的能力。目前人类主要的运载设备就是运载火箭,以至于有些人认为火箭的作用是一路驮着探测器飞到目的地。不是的,火箭的主要作用是将探测器送到轨道上,然后就结束使命了,而探测器一般携带不了多少燃料,它们的飞行主要是靠无动力的惯性飞行,在计算好的星际引力场内特定轨道上奔向目的地。
大家都知道,在地球对轨道上无动力运行,飞船的最低速度是第一宇宙速度—7.9km/s,要使飞船脱离地球向其它天体飞去,至少需要11.2km/s的第二宇宙速度。火箭的作用就是发射过程中不断地抛洒燃料给星箭结合体加速,在停泊轨道附近脱离最后一级火箭,此时飞船的速度就已经接近入轨速度。此时由于距地面数百公里,大气摩擦很低,飞船减速很慢,在特定的轨道点启动探测器或者星箭结合体的推进器机动变轨,最终将探测器送到轨道上,在飞行期间的最快速度也就是达到预定轨道所需的最低速度。
人类目前的火箭以化石燃料为动力,效率比较低,能达到的最高速度顶多也就是16.7公里的第三宇宙速度,一光年是光行进1年,一秒光行30万公里,16.7公里每秒接近30000年才能飞跃1光年。加上引力弹弓效应,旅行者1号创造过40公里左右的速度,飞跃1光年夜大约需要万年。典型的是旅行者1号2号,沿着弯弯曲曲的轨道飞了40多年,才刚跨越柯伊柏带不久,大约也就光行16小时的距离。
但人类曾创造的最快飞行速度却不止16.7km/s。探测器维持椭圆的轨道,是靠引力势能和动能不断转化达到的,最高点时动能小势能高,最低点时动能大势能低,相较于其它行星也是这样的。美国曾发射过太阳探测器,太阳占据着太阳系99%以上的质量,在近太阳轨道上,动能和势能的转化十分迅速,因此探测器近日点运行时速度非常快,美国去年发射的帕克太阳探测器,在轨道上运行时最高速度可以达到200km/s,是第三宇宙速度的十几倍,那么跨越1光年所需的时间就是十几分之一,大约也需要2000年左右的时间,对于现代人类来说跨越1光年还相当不现实。
所以现在中国、美国、俄罗斯、日本等航天大国都在搞霍尔推进器。这种无推进剂推进器通过向后喷射等离子体产生推力。这个推进器的推力并不大,所以无法让飞行器脱离地球引力。而霍尔推进器的优势在于,它可以在不携带多种燃料的情况下产生持续的推进力,可以在相对较长的时间内对探测器进行持续加速,可以使飞行器在时间上达到非常快的速度。那就更容易跨越一光年的距离了。另外,人类要跨越一光年的距离,能源模式需要改变。至少核能,尤其是聚变能,还能让飞船在相对较小的体积内承载更多的高密度能量。如果它能持续加速飞船,就更容易飞跃一光年的距离。
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