星际航行

[拼音]：xingji hangxing

[外文]：interplanetary and interstellar navigation

星际航行包括行星际航行和恒星际航行。行星际航行是指太阳系内的航行，恒星际航行是指太阳系以外的恒星际空间的飞行。不载人行星际航行已经实现，而恒星际航行尚处于探索阶段。如以冥王星的轨道作为太阳系的边界，太阳系的半径约为60亿公里。除太阳外，离地球最近的恒星──半人马座“比邻星”的距离为4.22光年（1光年等于9.46×1012公里），约合40万亿公里，相当于地球到太阳之间距离的27万倍，其他恒星和星系的距离则更远。人们现在所能观测到的宇宙范围约为 100亿光年。用现代火箭技术所能达到的速度（20公里/秒左右）可以飞出太阳系，但不能实现恒星际航行。因为以这个速度航行到最近的恒星“比邻星”约需 65000年，到天狼星约需13万年。航天器只有达到接近光速的速度，恒星际航行才有实际意义。要使航天器接近光速，必须把火箭的喷气速度提高到接近光速的水平。但是即使利用氢聚变反应产生能量转化为动能，喷气速度也只能达到光速的5％。以这样的喷气速度使航天器速度达到0.8倍光速，则航天器起飞时的质量将为航天器质量的34.8亿倍，这是无法实现的大质量比。

现阶段航天中使用的化学火箭发动机、核火箭发动机和电火箭发动机的喷气速度只有光速的几万分之一。设想中的有可能用于未来恒星际航行的推进系统的有：

（1）脉动式核聚变发动机：把核燃料做成很多细小的颗粒──“微型氢弹”，用激光或粒子束加热到极高温度，引起微型氢弹爆炸，产生冲击波和粒子流，使其向一定方向喷射，产生反作用推力。逐个点燃“微型氢弹”可获得脉动式的持续推力。

（2）星际冲压式发动机：在恒星际航天器前面装一个巨大的收集器，在航行中不断吸入星际空间的氢，利用氢的同位素氘为核聚变发动机提供燃料。但是这样的收集器据计算直径将达到数千公里。有人设想在航天器前面造成一个大范围的人工磁场，形成无形的收集器，用磁力线捕获星际空间的氢离子。

（3）光子火箭发动机：根据著名的爱因斯坦质能公式:能量=质量×（光速）2，利用物质和反物质相互作用，其质量全部湮灭而转化为光能。使质子与反质子在发动机中进行反应产生光子流，光子流以光的速度从火箭喷管喷出，产生反作用力，推动火箭前进，这就是光子火箭原理。光子火箭的设想早在1953年就提出来了，但是反物质的产生、贮存和使用，发动机的设计和控制，以及大面积反射镜的制造都不是短时期内所能解决的问题。

根据爱因斯坦狭义相对论，在以接近光速飞行的航天器上，时间的进程远比地球上慢，这个效应称为时间延缓效应。设T是航天器上的时间，Te是地球上的时间，V是航天器的速度，C是光速，则有关系式：