以人类目前最快的飞行器,飞往距离太阳最近的恒星,需要多久?

速度一直都是阻碍人类发展的巨大障碍。探测器要想摆脱地球的引力,速度必须要达到第二宇宙速度(11.2千米每秒)。而探测器要想从地球轨道往太阳系外飞,速度都必须要达到第三宇宙速度(16.7千米每秒)。

帕克探测器是人类发射的飞行速度最快的探测器,该探测器在近日点的速度最高曾达到192千米每秒,不过连光速的千分之一都不到。不过,帕克探测器超高的飞行速度只是在太阳引力的加速作用下产生的记录。其实,当探测器接近大质量的天体时,速度都会加快。比如,朱诺号探测器在接近木星时的飞行速度也非常快,接近木星时最快的速度曾经达到73千米每秒。

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在向太阳系外飞行的探测器中,新视野号应该是目前飞行速度最快的探测器,其在太空中飞行时最快速度曾达到21千米每秒。也就是说,目前探测器的飞行速度也就能够达到第三宇宙速度。

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目前飞得最远的探测器是旅行者1号,正在以17千米每秒的速度远离地球,现在距离地球大约220亿公里,以光速来算,大约距离地球20光时。旅行者1号发射于1977年,截止2020年,已经在太空中飞行了43年。虽然旅行者1号已经飞越了太阳风层顶,不过旅行者1号现在仍然处于太阳系之内,还没有摆脱太阳的引力束缚。

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目前人类的太空探测器普遍使用的是化学燃料,由于携带的燃料有限,为了提高探测器的飞行速度,普遍会使用引力弹弓效应进行加速。旅行者1号探测器就利用了木星带行星的引力弹弓效应进行加速,不然很难达到第三宇宙速度。

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上图为探测器利用引力弹弓效应进行加速的示意图

光速是宇宙中最快的速度。地球距离太阳1.5亿公里,光从太阳表面到达地球就需要8分多钟。太阳系的半径估计有一光年(1光年等于94600亿公里)。根据推测,海王星及柯伊伯带天体之外应该还存在奥尔特云,而一光年之外就完完全全是恒星际空间。

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而距离太阳最近的恒星是比邻星,距离太阳大约4.2光年。光每秒能够穿越30万千米的茫茫太空,4.2光年是直线距离,就算以光速前行,至少也要4.2年才能到达比邻星。

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对于现有的航天技术而言,一光年其实非常遥远,旅行者1号也才飞了0.0023光年。如果旅行者1号要前往比邻星,以直线距离计算,都需要75000年。帕克探测器的最高速度为192千米每秒,是旅行者1号飞行速度的11.3倍,飞达比邻星至少需要6600多年。一光年的距离,帕克探测器至少也要飞行1500年。

现在探测器通常是利用化学燃料燃烧向外喷射出工质做功产生推力,根据一些科学家的计算,化学燃料的极限推进速度是25千米每秒。要想星际航行,必须要使用新的能源,新的推进技术,否则永远都只是梦想。目前最有希望的可能是离子推进技术,该技术还处于实验状态。

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上图为小型离子推进器的尾焰

可见,人类要突破一光年这个障碍,应该还需要好几十年的时间。最近半个世纪里,旅行者1号仍将是飞得最远的探测器。

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