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第179章 黑洞能源(一)(2 / 4)

,质量处于百万吨级别的黑洞,若搭载与其质量相近的飞船,其产生的加速度和能达到的最高速度,足以让人类在有生之年完成星际旅行(从一颗恒星抵达另一颗恒星);即便要前往太阳系中更遥远、更黑暗的外围局域,也只需数月时间。对于黑洞飞船而言,在能量利用效率极高的情况下,有一个关键数据需要记住:对于总质量为 1 百万吨的飞船,要实现 1g(地球重力加速度)的加速度,每 3000 拍瓦的能量输出是必要的条件。

尽管这个能量输出听起来极为庞大,但要将物体加速到接近光速,这个能量规模依然不够惊人。接下来展示的这个表格,节选自韦斯特莫兰和克兰 2009 年的那篇论文,表格中计算了不同质量(以百万吨为单位)的黑洞所映射的功率输出(以拍瓦为单位)。在此基础上,我额外添加了几列数据:一列是功率质量比;另一列是当飞船(含货物)质量与黑洞质量相等时,飞船所能达到的加速度(以 g 为单位)—— 例如,一艘总质量为 2 百万吨的飞船,其中黑洞的质量占一半,飞船及货物的质量占另一半;最后一列数据是飞船加速到光速的 1 所需的时间。这个速度节点,纯粹是为了规避相对论效应的影响,因为在这个速度下,相对论效应的影响微乎其微。的速度运动时,时间膨胀效应导致时钟每天仅慢几秒;而且,在这种情况下,使用传统的牛顿力学方程来计算速度和动能,其误差极小,只有在进行高精度测量时才会显现出来。

这一数据表格似乎表明,我们显然更倾向于选择质量最小的黑洞,因为它能为飞船提供最大的加速度。。

但问题在于,正如我之前提到的,小型黑洞的存在时间并不长,而且黑洞质量越小,其存在时间就越短。因此,表格的最后一列列出了论文中提到的各类黑洞的大致寿命。除非你能找到为黑洞 “补充燃料” 的方法 —— 比如,向黑洞中注入更多物质,否则,那些质量最小的黑洞甚至无法支撑到飞船抵达目的地。因为黑洞在释放能量的同时会不断损失质量,而质量的损失又会导致它释放能量的速度加快、质量损失的速度也进一步加快,最终,黑洞会变得极小且能量极高,直至发生剧烈 “爆炸”(完全蒸发)。

所以,如果你的黑洞质量不足以支撑整个航程,那么在黑洞完全蒸发后,飞船就会失去动力来源,当你抵达目的地时,也就无法减速。不过,这一问题并非无法解决。我们讨论过一些无需消耗燃料就能让飞船减速的方法,其中一种便是 “巴萨德冲压发动机”的概念。这种发动机的设计思路是:通过磁场收集星际空间中的氢原子,然后将这些氢原子压缩到飞船的轴向信道中,引发核聚变反应,从而产生推进力。

但事实证明,这种概念在现实中并不可行。因为通过计算我们发现,星际空间中的氢原子相对于星际空间本身几乎是静止的,当飞船吸收这些氢原子时,氢原子对飞船产生的减速效应,反而比其通过核聚变产生的推进力更大 —— 这无疑是一个令人遗撼的结果。但凡事都有两面性,这个发现也带来了一个 “意外之喜”:尽管我们无法利用巴萨德冲压发动机为飞船加速,但却可以利用它来为飞船免费减速。

因此,你可以先用寿命较短的黑洞将飞船加速到巡航速度,然后在抵达目的地时,利用巴萨德冲压发动机的原理来减速。而在整个航程中,你可以使用更常规的能源(如核反应堆,如果掌握了核聚变技术,就用核聚变反应堆;如果没有,就用传统的核裂变反应堆)为飞船供能。当然,在星际旅行所需的高速(军事级别的速度)下,维持生命支持系统所需的能量,只占整个星际旅行总能量消耗的极小一部分。

此外,利用 “磁场冲压收集” 技术,还有一种潜在的用途

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