人们可以製造一张巨大且轻薄的风帆,利用这些粒子的推力前进,就像地球上的船只藉助风力航行一样。不过,由於太阳风非常稀薄,即便使用石墨烯等轻质材料製造风帆,其尺寸也需要非常巨大,实际应用中可能並不现实。
不过,我们可以採用另一种设计:使用像头髮丝一样细的导电电缆或金属线,以轮辐的形式连接在太空飞行器主体上,通过太空飞行器主体的缓慢旋转使这些 “轮辐” 保持圆形排列。这样,仅用少量细线就能形成面积相当於数平方千米的 “风帆” 效果。
由於太阳风中的粒子大多已电离,它们能够与电场和磁场相互作用。在电动太阳风帆的设计中,正是利用电场与这些电离粒子的相互作用来推动太空飞行器前进。
这种推进方式仅在恆星系统內部有效,因此常与其他推进系统配合使用:在恆星系统內可藉助它为太空飞行器加速或减速,从而节省燃料。
需要注意的是,儘管所有恆星都会產生恆星风,但其粒子的数量和速度差异极大 —— 最暗的红矮星与最大的超巨星之间的亮度差异超过 10 亿倍,恆星风的强度也会隨之大幅变化。
此外,恆星残骸(如脉衝星)可能会產生更强的极性粒子流。星际太空飞行器或许可以利用这些粒子流:一方面通过引力辅助获得速度和调整航向,另一方面藉助粒子流的推力进一步加速。
另外,像 “恆星提升”(详见相关节目)这类技术,虽然初衷是从恆星中开採物质,但也能增强恆星风,並產生密度更高、速度更快的定向粒子流 —— 类似我们设想中用於物质束传输的粒子流。
加粗 - 电动力繫绳
电动力繫绳是一种在拥有强磁场的天体(如地球等许多行星)周围可使用的电动推进技术。
其原理是:將一颗带有阳极的卫星通过绝缘繫绳悬掛在天体磁场中,电流在繫绳系统中流动时,会与天体磁场相互作用,从而推动卫星远离天体(若繫绳位於卫星下方)或使卫星减速(若繫绳位於卫星上方)。
由於天体磁场的物理尺度巨大,要使电动力繫绳发挥作用,繫绳的长度通常需要达到数千米。
此外,这种技术还可以反向使用:通过繫绳切割磁场產生电流,从而实现能量回收(即发电),而非將电能转化为推力。
电动力繫绳常被视为为 “天鉤” 和 “旋转发射器” 补充动量的一种方案。“天鉤” 和 “旋转发射器” 在帮助太空飞行器从大气层进入轨道的过程中会损失动量,而电动力繫绳能大幅减少它们对燃料的需求(详见我们的《天鉤》节目)。例如,当天鉤通过提升太空飞行器进入轨道而损失部分动量和轨道高度时,它可以在数小时內利用太阳能电池板收集阳光並转化为电能,再通过电动力繫绳逐步恢復失去的动量。
由於天鉤本身就需要非常长的繫绳,电动力繫绳技术也適用於卫星、空间站的轨道维持,或是用於將太空飞行器弹射入深空的高轨道旋转发射器。此外,在气態巨行星、恆星以及白矮星、中子星、脉衝星、黑洞等恆星残骸周围的超强磁场环境中,也可应用这项技术。
加粗 - 电磁推进器
电磁推进器是 21 世纪初因被认为可能是一种无反衝推进器或永动机而广受关注(或引发爭议)的太空飞行器推进器,因为它似乎表现出了违反动量守恆定律的特性。
2016 年,美国国家航空航天局(nasa)的鹰工厂实验室製造並测试了一台电磁推进器,测试结果似乎证实了其所谓的 “突破物理定律” 的特性,这使得该推进器声名鹊起。然而,后续研究表明,当时观测到的现象是由测量误差导致的,且其他实验均未能復现预期结果。
由於电磁推进器被证实是一种已被证偽的技术,而非仍处於假想阶段的技术,我们不会將其归类为克拉克科技,也不再对其进行深入討论。仅简要说明其工作原理:向磁控管供电,使微波在一个大致呈圆柱形但一端略
