현재 인류의 기술로 1광년 떨어진 곳까지 날아갈 수 있을까요?
세상의 모든 무기 중에서 빠른 무기만이 파괴되지 않습니다! 우리 중국인들은 오래전부터 이 사실을 알고 있었습니다. 항공우주 과학자들이 필사적으로 추구하는 것은 속도입니다. 라이트 형제의 비행기가 하늘을 나는 것부터 시작해 고다드의 최초의 액체 로켓, 그리고 최초의 인공위성에 이르기까지, 속도는 끊임없이 이어집니다. 개선 중!
인류의 우주 비행이 이제 거의 반세기를 거쳤는데, 그 오랜 시간이 흐른 지금, 현재 기술로 1광년 떨어진 곳을 비행하는 데는 얼마나 걸리나요?
가장 빠른 로켓이 1광년을 여행하는 데 얼마나 걸리나요?
인간의 기술 수준으로 보면 1광년은 아직 좀 멀다. 빛의 속도가 365.25일로 계산하면 1년 동안 가는 거리이기 때문이다. 율리우스력으로 환산하면 9460730472580800미터의 거리입니다.
태양계 가장자리에 있는 카이퍼 벨트는 약 40~50천문단위이다. 가장 빠른 인간 탐지기가 명왕성에 도달하는 데는 9년 반이 걸리고, 5.53~6.92시간밖에 걸리지 않는다. 1977년 발사된 보이저 1호와 2호 중 가장 멀리 날아간 보이저 1호는 43년 만에 지구로부터 약 152천문단위 떨어진 거리에 도달했습니다.
이 거리는 빛으로 약 21시간이면 도달할 수 있는데, 여행자는 실제로 달팽이 속도로 43.3년을 이동한 셈이다! 그렇다면 1광년은 얼마나 걸리나요? NASA의 뉴 호라이즌스와 보이저호는 모두 태양계를 벗어날 때 나선 궤도를 가지기 때문에 우리는 직선 거리만 계산하지만, 1광년을 여행한 후에는 그 차이가 그리 길지 않습니다!
여행자의 속도는 얼마나 되나요?
여행자가 지구의 속도를 벗어날 때 태양에 대한 상대 속도는 약 36km/초(지구 궤도는 30km/초, 켄타우로스 로켓은 약 6km/초), 그러나 태양계에서는 점점 더 멀리 이동하며, 목성의 궤도에 도달하면 속도는 10km/초에 불과합니다. 그러나 목성의 새총에 의해 가속되면 속도는 10km로 증가합니다. 18km/초. 토성에 도달하면 속도는 계속 감소하지만 토성의 중력은 속도를 높여 약 30km/초의 속도로 계속해서 태양계 바깥쪽으로 날아갑니다!
그러나 바깥쪽으로 갈수록 속도는 느려진다. 태양으로부터 약 152천문단위 거리에 도달하면 속도는 16.9km/초로 떨어지며 이 속도는 탈출과 쉽게 혼동될 수 있다. 태양계의 탈출 속도이므로 주의하시기 바랍니다. 이는 태양계의 탈출 속도가 아닙니다. 탈출 속도는 태양으로부터의 거리에 따라 다르기 때문입니다.
그러면 1광년은 약 17,751.3488년이 걸리며, 이는 여행자가 1광년을 비행하는 데 17,700년이 걸린다는 것을 의미합니다. 그러나 뉴 호라이즌스는 상대적으로 14.52km/초에 불과합니다. 보이저 1호보다 느립니다. 보이저 2호의 속도는 약 15.2km/초이므로 가장 빠른 인간 항공기가 1광년을 비행하는 데는 17,700년이 걸립니다!
왜 이렇게 오래 걸리는 걸까요? 속도가 더 빠른 건 없나요?
아직 방법도 있지만 더 어렵습니다! 왜 그런지 이해하려면 먼저 로켓 기술을 이해해야 합니다. 현대 로켓 기술은 1926년 고다드가 테스트한 최초의 액체 로켓에서 탄생했습니다. 큰 구조적 변화는 없으며 모두 연료와 산화제가 있습니다. 방!
변경된 유일한 것은 터빈과 다양한 가스 사이클이 추가되어 비 충격량이 크게 향상되었습니다. 여기서는 단위 중량당 생성되는 추진제의 개념을 언급해야 합니다. 로켓 엔진 임펄스(Rocket Engine Impulse)를 간단히 이해하면, 동일한 로켓 연료와 구조 및 중량으로 동시에 발사되는 두 개의 로켓이 모두 더 높은 특정 임펄스로 비행하게 되면 비임펄스가 높을수록 로켓 연료 활용률이 높아지는 것을 의미합니다. 연료가 더 빨리 연소됩니다!
예를 들어, 디메틸히드라진과 사산화이질소를 사용하는 로켓은 약 260의 특정 충격량을 가지며(예: Long March 3A YF-21C) 액체 산소와 등유는 300 이상을 달성할 수 있습니다(RD180은 이를 수행할 수 있음). 311), 수소 및 산소 기계는 400개 이상에 도달할 수 있습니다. 물론 이는 연료와 관련될 뿐만 아니라 가스 발생기 사이클과도 관련됩니다. 또한 재료는 노즐, 터빈 등에 관련됩니다. , 하지만 가장 중요한 것은 연료가 너무 다르다는 것입니다!
소유즈 발사체의 부스터 스테이지는 4개의 RD-107 엔진을 사용합니다
온도가 높을수록 배기 속도도 높아지고 연료 활용률도 높아집니다. 높을수록 더 많은 NB 엔진이 있습니까? 물론!
이온 전기 추진 로켓 엔진
연료 구성 측면에서 에너지 비율을 크게 높이는 것은 매우 어렵기 때문에 이온 전기의 배기 속도를 높이는 것도 가능합니다. 추진력은 배기가스를 줄이는 것입니다. 공기의 속도는 초당 수천 미터에서 초당 수백 킬로미터, 심지어는 수천 킬로미터로 증가합니다! 이러한 방식으로 연료 활용률이 매우 높을 뿐만 아니라 동일한 목적을 달성하기 위해 연료를 크게 줄일 수 있으며, 이는 그 자체로 엔진에 대한 부담을 줄이고 최종 속도는 더 높아질 수 있습니다!
그러나 이온 전기 푸셔에는 문제가 있습니다. 비 충격량은 2000-3000에 도달할 수 있으며 홀 전기 푸셔도 1000을 초과할 수 있지만 추력은 여전히 너무 작습니다. 출력 50kw, 추력 3N에 가까운 NASA-457M 등 뉴턴급 추진기는 아직 만들기 쉽지 않다. 5.4N.
이 추력은 심우주 탐사에 사용할 때는 문제가 되지 않지만, 우주선을 지상에서 지구 저궤도까지 밀어내는 것은 불가능하기 때문에 먼저 보내려면 여전히 기존의 화학 로켓을 사용해야 한다. 그러면 우주선이 지구 저궤도로 이동하게 되는데, 102kw의 전력이 태양 에너지를 필요로 하기 때문에 멀리 달릴 수는 없지만, 우주 원자로가 필요하다. 나갈 때!
전기 추력 외에도 빛의 압력과 태양풍의 힘을 사용하는 태양 돛도 있습니다. 빛의 압력이 극히 작고 매우 넓은 면적이 필요하기 때문입니다. 충분한 추력을 얻으십시오. 일반적으로 말해서, 저자는 이런 종류의 주목할만한 일에 대해 낙관적이지 않습니다.
그럼 빛의 속도의 1%~10%까지 가속할 수 있는 미래의 핵융합로가 있으니, 1광년의 거리는 아직 10~100년밖에 안 남았다. 워프 속도라면 가장 빠른 엔진은 빛의 속도의 199,516배에 도달할 수 있다고 하는데, 1광년을 건너는 데 160초 밖에 걸리지 않는다고 합니다.