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当前位置:首页 > 头条 > 霍金在 2016 年 4 月初提出的「突破摄星」计划是什么?其中的纳米飞行器是什么?
时间:2019-12-11     来源:网络资源     标签:

纳米飞行器应该指的是飞行器元件由纳米技术制成,并非整个飞行器为纳米尺度大小!随着技术的发展,人们能控制的制造尺度越来越小。

据我所知,光是打印技术已经可以达到微米级的精度。

在一些化学领域,纳米大小的材料可以被轻易制得。

在纳米科技将盛行的未来,霍金提出的纳米飞行器指的是内部元件由纳米技术制造而成,使其具有至少通信,摄像,姿态稳定的功能,并保持极小的质量。

关于关于推进方式,霍金也给出了解释“一台质量为克级的自动化太空探测器—— 并且通过光束把它推动到五分之一的光速”“a gram-scale robotic space probe – and use a light beam to push it to 20 percent of the speed of light”由此可见,利用光束推进方式应该和太阳帆有点像。

这种帆能将达到其身上的光束能量转化为动能,进而推进飞行器。

由于质量单位是克级,这类推进方式能提供给飞行器的能量效率应该不会小。

但霍金的确没有给出更为详细的内容。

这些光束将是从大气层内发出的呢,还是由发射到地球轨道上的设备发射的,或甚至是利用反射太阳的光呢?种种尚未披露的细节令人颇感兴趣,但各项技术毕竟不是那么成熟。

如果是地球上的激光光束阵列推动其前进,那由于地球自转,全球都将应该布满这类阵列(阵列还要跟着飞行器转)。

这将会非常烧钱(所需要的能量非常 非常多),并且大气层对光束也会有一定的影响。

但是这种阵列,由于光束的密度,能提供给飞行器的能力应远高于太阳,因此在不考虑开销的情况下,不失为一种好的选择。

技术的难度主要在纳米科技(要求制造纳米精度的电子元件,纳米精度那么薄的太阳帆)及材料技术(哪种材料的太阳帆能由最高的转化效率)的领域上。

NASA 15年发射的Sunjammer,其太阳帆质量达到32kg,面积为1200平米,拥有0.01牛的推力,厚度为5μm。

这说明对于太阳帆的应用我们还有很长的一段路要走。

若能将厚度大幅减少,提升帆面光反射效率(减少增加的热能从而增多动能),其推力将会增加,质量也会下降。

事实上,南开大学15年中旬就研制出一种以石墨烯为材料的帆面,据称可获得传统千倍以上的光压。

假设这类材料被成功应用,推重比将达到惊人的0.03,加速度为.(这还是使用传统厚度及利用太阳为能量源的情况下)假设利用纳米科技降低厚度90%,并且用高能激光束推进的话,加速度(保守估计)能够大于3.这就意味着,在半年以内该飞行器能达到16%的光速。

让我们静静的期待这场由霍金开辟的项目吧。

========同日更新========这个计划的技术原型也在今天出来了,和上文有些不同原链接:Breakthrough Starshot announces plans to send ship to Alpha CentauriAnnouncing "Breakthrough Starshot": Building Earth's First Starships列举几个比较重要的细节米尔纳预测这些阵列将会超过100GW(1000亿瓦) 项目负责团队人员有:物理学家 Freeman Dyson, COSMOS 科研人员 Ann Druyan , 哈佛大学的 Avi Loeb, 宇航员Mae Jemison,和前 NASA 研究人员Pete Worden。

起始资金要一亿美元 这个”纳米飞行器(米尔纳称nanocraft)”将包含摄像机, 光子推进机, 动力系统, 导航系统 及通讯系统。

以上每项技术的开销都将远不止一亿美元。

到冥王星仅需3天会有一个母舰(常规火箭)将这些飞行器送入地球轨道,再展开太阳帆进行加速。

这个太阳帆将仅几百个原子厚,十几平米(资料来自果壳,未在英文网址找到)能在五倍地月距离内,一分多钟的时间里,将飞行器加速到五分之一光速。

利用激光通信技术====4月16日更新=====2045年某一天,休斯顿中心中,人们焦急地在等待着这批探索者传回的第一张照片。

“来了!”有人喊道。

人群围去,只见一个清晰的,身长两倍于人的异形摆着剪刀手对着相片摆pose。

自己想想觉得可怕。

同类问题:如何评价霍金的突破摄星计划? – 林子钧的回答

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