人類一千年以內能否造出成熟的聚變引擎以離開太陽系?


首先表達一下我的觀點:一千年足以!

目前人類的核聚變研究只是停留在實驗室階段,即使是前不久中國在可控聚變反應上取得了不小的進展,但依舊只能實現短時間的運行。一千年的時間相對於人類的歷史雖然並不算長,但人類目前已經掌握了計算機技術,所以以後人類的科技進步速度不是以前人們單靠大腦能比的。所以一千年以後,人類掌握重聚變發動機技術是很有可能的,如果掌握了這項技術,飛出太陽系是遲早的事情。

但人類探索太空的問題並不在於能否飛出太陽系,而在於能否到達另外一個恆星系。其實宇宙之間恆星系之間距離是非常遙遠的,即使出了太陽系,到達另外一個星系的距離也十分遙遠,最近的比鄰星也有4.2光年,光一秒可以傳播30萬公里,假設飛船速度能達到光速的百分之十,那麼到達比鄰星至少需要42年,如果飛船的質量是一萬噸,飛船的動能1/2mv^2,計算出的數字將十分驚人,需要的能量太多,如果想減少能量消耗,只能降低速度,而人類根本經不起那麼漫長的星際旅行,所以還需要休眠技術的發展才行。並且飛船容錯率太低,空間太過狹小,不能提供人們幾十上百年長久生存的必要條件,一旦遇到什麼事故就功虧一簣了。而《流浪地球》中為什麼要帶著地球跑路呢,因為重聚變發動機就是燒石頭,而地球大部分就是石頭,並且也是家,家都沒了,親人也沒了,飛船上的人或許熬不了那麼久。


這個問題可以歸結為兩個問題,一是在一千年內造出成熟的聚變引擎,二是在一千年內利用聚變引擎離開太陽系。

先說第一個問題。核聚變是一種高效的能源,其釋放的能量比核裂變要大,更是要遠遠大於化石燃料。而且核聚變的廢料比核裂變更加清潔,對環境的污染要小。此外,核聚變所利用的燃料是氘和氚,海水中的氘總共有約45萬億噸,而氚可以由鋰製造,地球上鋰的儲量有兩千多億噸,因此核聚變根本不需要考慮原料問題。

但人類目前還沒有掌握可控核聚變的技術。雖然氫彈利用的就是核聚變的能量,但它並不可控,只能在一瞬間釋放全部的能量,無法實現能量的緩慢釋放。核聚變需要超高溫以及超高的密度,但這兩個要素是相互矛盾的。核聚變需要的溫度超過了一億攝氏度,這一溫度足以燒毀任何物質,因此,用什麼方法來約束反應物,還要使它保持高密度,這一難題是阻止人類攻克可控核聚變的一座大山。

雖然困難重重,但筆者估計,我們應該會在本世紀之內就可以在工程上實現可控核聚變。

再來看看第二個問題,人類能在一千年內離開太陽系嗎?筆者本人對此是持肯定態度的。舉個例子,1969年人類登上月球,不用說一千年前的969年,登月這事就算在兩百年前的1769年,也是無法想像的。因此人類在1000年內造出核聚變動力,離開太陽系也不是不可能。


人類一千年以內當然可以造出成熟的聚變引擎以離開太陽系!

首先,我們可以看一下太陽系的大小!太陽系的大小按照不同的演算法會有不同的大小!但是,一般來說大家比較認可的是,按照引力來進行計算的方法!即太陽系半徑可達2光年,直徑可以達到4光年!這也是為什麼我們必須要發展成熟的聚變引擎的原因。畢竟即使按照目前最快的速度—第三宇宙速度飛行,也才16.7千米/秒,與光速3.0*10^8千米/秒相比,僅是光速的0.000000055666667!因此,如果想要飛出太陽系、即飛出4光年的距離,就需要4*17,964,071.85628743=71,856,287.4251497,即7100萬年以上!就是說從恐龍統治世界飛到現在,才能飛出地球!

其次,如果我們能夠製造出成熟的聚變引擎,那麼根據相關專家介紹,其速度可以達到1/10倍光速!那麼,想要飛出太陽系,最多也就是40年!顯然還是可以實現的!當然燃料的問題,只要使用宇宙中非常多的氫元素,就可以實現!


現在是公元2018年,1000年內也就是3018年之前,人類現在已經知道了核聚變的原理和觸發方法,現在只是把核聚變從不可控變為可控

1000年內人類完全可以掌握可控核聚變技術並且用它製造飛船用的可控核聚變引擎,就拿可控核裂變來說,有了愛因斯坦質能方程和科學家發現的放射性原理,最後經過了幾十年人類就完美的掌握了核裂變技術,不管是可控的核電站還是不可控的原子彈。

雖然可控核聚變要比可控核裂變簡單的多,但是現在對於可控核聚變的研究也已經很完善了,需要的只是約束超高溫核聚變火球的技術,現在各個國家所使用的托卡馬克裝置就是利用磁約束來實現短時間的可控核聚變。

根據世界各國一起合作的ITER(天然太陽)計劃,2007年到2025年建造完成,2025年12 月第一次點火,2035年正常運轉,最遲2050年前後實現商業化應用,正式讓人類進入核聚變時代。

等到可控核聚變反應堆研發成功之後,第一件事就是應用在發電技術上,建造核聚變發電站,隨之而來的還有各個國家隊聚變堆小型化技術的研究,從而讓可控核聚變可以用在航母核潛艇上,不過鑒於核裂變反應堆就能滿足地球內航行需要,聚變堆更有可能背用在宇宙飛船和巨型運載火箭上。

1000年內研發出可控核聚變引擎來飛出太陽系是很簡單的,太陽系的逃逸速度是16.7km/s,現在的旅行者一號利用引力彈弓都能飛出太陽系,更不要說幾百年後的核聚變飛船了。


一千年這麼長的時間是肯定可以造出成熟的核聚變引擎,也可以離開太陽系。但是離開太陽系卻未必是利用核聚變引擎,那時候也許有新的能源利用方式。

試想一下一千年前的地球科技是什麼樣的,那時候還處在農業社會,所有的工作全靠人力手工,那時候根本想像不出什麼是計算機,現在已經是無人不知、無人不用了。

核聚變這種方法,我們人類已經有所了解,還不是完全想像不到的新科技。科學技術從來都是加速度發展的,看看工業革命以來,人來的科技比起之前的幾千年有了多麼巨大的發展。

核聚變現在的不可控是因為超高溫,沒有材料可以儲存。但是科學家們已經想出了用磁約束的方法,進行了控制。所以這個領域的科技發展100年內就可以實現可控核聚變。

在未來一千年,不僅有人類自己的智慧,還有人工智慧的智慧,那是多麼巨大的生產力,科技的推動一定是越來越快。

甚至樂觀的預計,在100年內,不光可能實現成熟的核聚變引擎,也有可能離開太陽系。


星際旅行的難點不在於能源是否足夠,而是在於如何實現在真空中加速。即便人們1000年內掌握了可控核聚變,那麼也難以短時間內飛離太陽系。

真空中空無一物,無處受力,所以如何給力使飛船加速是個頭疼的難題。目前人類發射的太空探測器,多數都是利用飛到太空的初始速度進行飛行,或者利用星球的引力彈弓效應加速,而它們攜帶的稍許噴氣式燃料也僅僅是為了有限地微調整這些探測器的姿態而已。距離地球的太空中太陽能很豐富,現在的技術就可以利用太陽能發電,但是發了電也僅僅是供一些電器設備,根本無法利用電能讓探測器獲得動力。現在唯一可以在真空環境中讓飛行器受力的手段就是噴射高速氣流,讓飛行器反向受力從而獲得動能。核聚變雖然可以提供巨大的能量,但是這些能量卻無法直接轉變成飛行器的動能,根本無法讓飛行器在真空中做到長時間、無限次變速、加速運動。

所以,未來人類能否遨遊太空,關鍵的技術就是研究一種可以在真空中驅動飛船獲得速度的引擎。很顯然,核聚變引擎可以供能但不能驅動飛船。故而,我們必須要找出真空的性質、或者說是空間的性質,通過空間的某種規律直接加速飛船。比如曲速引擎+核聚變引擎,曲速引擎負責壓縮和伸展空間,而核聚變負責供能。我們知道空間可以扭曲,但是如何扭曲是個難題,這也是製造曲速引擎的難點。還有就是真空中充滿了負能級的電子,如何在這些負能級的電子上做文章驅動飛船,也是一個突破口。

另外,真空零點能也不見得比核聚變差。所以綜合來說,核聚變引擎也就能夠滿足人們在地球上飛行,出了太空根本不夠看。


一百年以內核聚變應該可以進入實用階段,但是估計也是用來發電。

因為人類利用核能,按照目前的思路還是拿來發電。核裂變應用了半個世紀了,現在裂變發電已經趨於成熟。但是依然沒有利用核能推進的裝置。

和航天有關的核能利用也是美國的火星探測器用核能發電。

這就類似一百年前人類想飛出太空還考慮過用大炮轟出去的方法。現階段的技術限制了人們的想像力。

所以即使未來核聚變技術也趨於成熟,但是不一定拿來當作推進方式。

不過核聚變相對於核裂變,其燃料來源倒是豐富一些,可以在太空「就地取材」。也許這可以成為一種長途太空旅行的推進方式。

如果非要加個期限的話,我覺得是300年。


雖然希望不大,但還是要充滿希望。火箭如何飛,那是有能量加上工質。所以說,現在的火箭推進劑既是能量來源又充當工質。燃燒、噴射,反作用力,火箭上天。

核聚變引擎用什麼做工質呢,總不可能「干燒」吧,用什麼物質來充當被噴射出去的工質。這個問題,還不是首要的難題。

首要的難題是核聚變的溫度太高,沒有材料可以裝得下這樣的反應爐子以維持更長時間。現在維持核聚變反應最長也只有102秒,採用磁約束的方法,但依然避免不了高能中子撞擊反應爐子。

材料方面搞不定,那麼核聚變就無法繼續下一步實用化。

首先得應用核聚變來發電才行,之後再考慮應用到飛船上,不過,現在連第一步都還沒有眉目。

化學火箭可能還需要再存在相當長的一段時間。

當然了,如同題目所說,如果能研製出來成熟的聚變引擎,那麼離開小小的太陽系是完全沒有問題的,只不過1000年的時間未必可以。

你們的看法呢?


相對於最近幾百年人類科技如此迅猛發展,一千年時間可以說幾乎有無限的可能性,按照目前的發展速度來看,甚至總部了一千年時間,人類就能完全控制核聚變用於宇宙飛船,這就等於在宇宙飛船上安裝了一個「人造太陽」,源源不斷地輸出能量!

而宇宙中最不缺的就是氫,所以,理論上,如果有一天人類能夠像如今控制化學燃料一樣控制核聚變,意味著我們幾乎擁有源源不斷的燃料!

而且,科學家們們推測,核聚變動力能夠讓飛船獲得10%的光速,也就是3萬公里/秒的速度,這個速度雖然放在浩瀚的宇宙顯得還是很慢,但在太陽系裡遨遊,這樣的速度已經很快了!

我們對太陽系的真實大小並沒有一個準確的數據,但科學家們估計太陽系直徑至少有1光年,如果核聚變宇宙飛船以10%光速飛行,離開太陽系只需要10年時間!

所以,幾乎可以肯定的是,一千年內人類可以離開太陽系,走向更廣闊宇宙空間!甚至我們會研發控制更高效的能源,比如反物質能源,它是一種比核聚變更高效的清潔能源,能產生更大的動力!

所以,可以預見的是,成功駕馭核聚變能源很可能就是人類實現真正星際旅行的開始,屆時環太陽系旅行將代替如今的環球旅行,成為我們生活的家常便飯,而太陽系八大行星最遠的海王星距離地球30億公里,3萬公里/秒的速度僅需要不到28小時就可以到達,到達火星更是只需要半個小時左右!


雖然可控核聚變具體什麼時候會真正實現還是個未知數,但如果題主直接把年限提升到一千年以後,那麼這個問題的答案幾乎可以說是肯定的了。

太陽的原理就是核聚變反應,如果人類真的實現了可控核聚變,那就等於可以人造太陽,雖然聽上去拉風,但是難度也是可想而知的。人類現在已經製造出了核武器,但是缺少真正能夠控制它的力量,所以才會有那麼多人擔憂核武器會不會導致人類自我毀滅,只有當我們可以「控制」核武器爆炸的時候,我們才能算是真正的掌握核力量,也就是讓核聚變產生的力量持續且穩定的輸出,像火和電一樣為人類所任意利用。

目前,人類研究可控核聚變的最大工程是2007年在法國成立的ITER,也就是國際熱核聚變實驗堆組織。這個組織由七個國家美國、俄羅斯、歐盟、中國、日本、韓國、印度共同參與,是目前世界上最大的科學合作工程,也是我國投入最大的國際大科學工程。

可控核聚變有一個「永遠的30年以後」的笑話,因為每次可控核聚變獲得了某項突破之後,大家都會十分興奮的進行預言:「預計三十年後,可控核聚變就可以發電商用化」了,但是計劃永遠趕不上變化,先別說技術上的難題了,錢就是個大問題,可控核聚變的投入成本實在太大了,很多包括國家在內的出資方都望而卻步,轉而投向短期內更能帶來收益的核裂變。

造價極高的核聚變容器——托卡馬克

不過,我國目前還是很看好核聚變項目的,不管是人力還是財力上面,衝勁都很大,因為核聚變的誘惑實在太大了,它成功之後,包括題主所說的飛出太陽系,整個人類文明都會發生質的飛躍,甚至大於之前的任何一次革命。

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