火箭在整個太空時代裡,都是用化學燃料一飛沖天,脫離地球表面。只有化學燃料才能產生達到逃脫速度所需的巨大推進力,將沉重的太空船送出行星之外。然而一旦進入了太空,用這種燃料獲得推進速度,不但所費不貲,而且十分浪費,因此太空科學家已研發或正在研究全新的推進方法。不過像是太空雷射,或是《星際爭霸戰》裡的曲速引擎(Warp Drive),目前仍屬科幻情節,但憑藉行星間的拉力,以及加速雖緩但十分穩定的離子引擎,已經展現出實用性前景。美國NASA使用太陽帆技術的「推日號」(Sunjammer),即將利用太陽風測試另一種飛行方式。

 

太陽帆

推日號是史上最大的太陽帆,預定2015年發射升空。它會裝在一個大小跟洗衣機差不多的金屬罐裡,射入太空後揚帆而發,變成邊長38公尺的超薄太空船。推日號取名自亞瑟‧克拉克(Arthur C. Clarke)所著的同名科幻故事。它會像個風箏般順著太陽風飛行,把推日號推著走的太陽光流,就跟吹出彗星尾巴的是同一股能量。不過推日號實際上是朝著太陽飛去,像帆船一樣利用控制翼逆風而行,展現太陽帆的尖端科技。推日號還載有英國的實驗設備,藉以監測太空氣候。太陽帆可用來清除地球軌道上的太空垃圾,不過在深太空任務中,太陽風可使這種太空船加速到極為可觀的速度。

 

化學火箭

傳統的液態與固態燃料,一直是用來將太空船送入地球軌道的方法。美國NASA的新地平線號(New Horizons)是史上發射進入太空速度最快的探測器,它在2006年直接航向遙遠的冥王星航道。新地平線號火箭裝載固態燃料,藉由木星重力的一點小幫助,抵消太陽本身的重力拉引,從而加速到太陽系的逃脫速度,將於2015年抵達冥王星。

 

雷射光束

將遠距雷射導入位於軌道上的太空船,透過加壓光子或給船上的推進劑加熱,製造電漿噴射,進而使太空船加速。這種推進引擎在實驗室裡研發,但還沒有在太空裡實測過。這種技術的挑戰也很大,最起碼不能把探測器上的電子儀器燒壞。

 

離子推進

離子引擎使用電力,讓充填在磁室裡的氣體(如氙氣)充電,帶正電的原子就會被迫噴出引擎。離子引擎所產生的推力遠遠不如化學火箭,不過隨著時間累積穩定加速,太空船的最高速度可能比化學火箭快上10倍。航向灶神星(Vesta)跟穀神星(Ceres)這兩顆小行星的黎明號(Dawn)就配有三具離子引擎。

 

重力協助

深太空任務利用行星重力推太空船一把。探測器不會直接飛向目標,而是繞著太陽系甩出去,藉此獲得或失去動量。若不是有金星緩速, 美國NASA的信使號(Messenger)探測器就沒辦法抵達水星,而航海家一號(Voyager 1)能夠創下高速紀錄,也是藉助木星跟土星的一臂之力。

 

核能推進

打從1950年代的獵戶座計畫(Project Orion)開始,就曾經考慮過持續使用小型核爆產生的推力來推動太空船,不過因為核能被視為骯髒能源而作罷。現在有人提出比較乾淨的核能版本,用雷射光引爆燃料球造成核融合,做為航向眾星的伊卡魯斯概念任務(Icarus)燃料。麻煩的是目前還沒有人能夠支配核融合動力。

 

曲速引擎

《星際爭霸戰》的企業號用來超高速航行的曲速引擎仍屬科幻情節,不過美國NASA詹森太空中心正在進行實驗,研究是否能夠打造出真正的曲速引擎。曲速引擎的研發內容相當神祕,不過已知它牽涉到製造出稱為負能量的作用力,以便扭曲時空結構,太空船便可乘浪而行,使其在幾天內就能抵達群星,而不用花上好幾個世紀。

 

【完整內容請見BBC知識國際中文版第40期(2014年12月號)。版權所有,轉載請註明出處。】

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