概念,300 千米 / 秒相当於光速的 0.1%,3000 千米 / 秒则相当於光速的 1%。我们通常会將千米 / 秒缩写为 k/s。
从比例角度来看,我並不担心无法达到 0.1% 光速(即 300 千米 / 秒)。这个速度限制更多是基於假设得出的 —— 或许我们会发现工程环境过於恶劣,无法建造出速度更快的飞船;又或者可能会出现一些意想不到的限制因素。此外,我们有很多提高速度的技巧,比如藉助行星或恆星进行引力弹弓加速、用雷射加速飞船並利用燃料减速,甚至在接近目的地时使用太阳帆 —— 在目的地附近安装相关设备,让太阳帆完成最终的减速,使飞船在目標恆星系统周围停泊。
不过,在速度显著提高的情况下,这些技巧中的很多效果都会大打折扣。以经典的太阳帆为例,利用太阳帆为飞船减速,关键在於恆星对太阳帆施加的能量以及这种能量能够持续的时间。如果飞船飞行速度过快,那么恆星对太阳帆施加能量的时间就会缩短。另一方面,飞船速度越快,星际气体和尘埃颗粒与太阳帆发生碰撞產生的能量就会大幅增加,由此產生的阻力功率会隨著速度的立方而增长。
因此,一艘飞船可能会在离开恆星系统时,利用雷射推动太阳帆加速;在进入太空后,依靠核引擎继续飞行;在接近目標恆星系统时,再次利用太阳帆,藉助与气体颗粒的碰撞来减速,最后再让太阳帆或磁帆完成最终的减速操作,使飞船在目的地周围停泊。
目前,人们普遍认为我们至少能够达到 0.1% 光速(即 300 千米 / 秒)的速度,所以今天我们就以这个速度作为案例之一来展开討论。
然而,对於能否达到 1% 以上的光速,人们仍存在较多爭议,这在很大程度上是因为隨著速度的增加,气体和尘埃碰撞產生的能量会隨著速度的立方而增长。要知道,物体的动能会隨著速度的平方而增加,而在飞行过程中,飞船与太空物质碰撞的频率也会隨著速度的增加而提高。因此,如果飞船速度提高 10 倍,那么它与太空物质的碰撞频率会增加 10 倍,每次碰撞產生的能量会增加 10 的平方,即 100 倍,总的碰撞能量功率就会增加 10 的立方,即 1000 倍。
