目标巴纳德星——代达罗斯计划

上个世纪六七十年代是一个理想主义的时代,随着人类探索宇宙的不断取得突破。从人类第一次进入太空,继而人类又登陆月球,似乎太空科技在大跳跃式的发展,这给了那个时代的人们对未来更多更大胆的畅想,于是在1973年的时候,不甘落后的英国人提出了一个空前的计划——飞出太阳系,飞向6光年外的巴纳德星

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艺术家设想中代达罗斯计划飞船

这就是代达罗斯计划,这是一个星际探测器项目,其主要目标是能够发射一艘星际飞船,飞出太阳系前往其他恒星,这其中,他们选定的目的地是离地球5.9光年远的巴纳德星。

为什么选择巴纳德之星?

巴纳德之星是距离地球第四近的恒星,比它更近的三颗恒星就是比邻星三体系统中的三颗恒星,所以其实它是离地球第二近的恒星系统。

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巴纳德星是一颗红矮星,质量只有太阳的14%

相对来说,巴纳德之星比太阳小很多,质量只有太阳质量的14%,是一颗典型的红矮星,在地球上凭肉眼是无法直接观测到它的。

在上个世纪70年代的时候,科学家认为有一颗或多颗行星围绕着巴纳德之星绕行,这颗想象中的行星也成了当时距离地球最近的系外行星。也正是因为这个认知,所以当时选择向其他恒星发射星际飞船的时候,就将巴纳德星确定为目的地。

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科学家设想在巴纳德星有一颗甚至是几颗处于宜居带的行星,可以供人类未来殖民居住

当然,后来关于巴纳德星行星的观念也发生了一些变化,更何况,比邻星也发现了处于宜居带的行星,这些都是后话了。在当时,巴纳德星还是被认为最可能适合人类移民的恒星。

代达罗斯计划的提出

代达罗斯是希腊神话人物,在传说中,他将羽毛和蜡融合在一起制作了一个人工翅膀。英国星际学会选定这个名称来命名这项星际探索计划,在艾伦·邦德(Alan Bond)的带领下,一只由13名科学家和若干工程师组成的团队也被正式探讨和制定代达罗斯计划。

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艺术家想象中的正在飞跃月球的代达罗斯火箭

在一系列的研究后,他们理所当然的抛弃传统的化学燃料火箭,决定采用核聚变火箭。即便是如此,这艘核动力火箭也许在太空中飞行50年,而结合巴纳德星的距离(5.9光年),这就需要火箭的飞行速度最快要能达到光速的12%。

代达罗斯火箭的概念

代达罗斯火箭将会在地球轨道上被建造出来,火箭的初始起飞质量为54000吨,其中包括了50000吨的核燃料以及500吨有效科学载荷。

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代达罗斯项目的一些参数表格

火箭的核动力发动机原理很简单,就是使用氢弹爆炸产生的推力来推动飞船前进。代达罗斯火箭所采用的核燃料是由氘和氦-3组成的,每秒钟飞船将会引爆250个这样的小型氢弹球,并通过电磁喷嘴将产生的等离子体喷射出去。通过计算后,这样的核动力发动机喷出的等离子的速度能够达到10600千米/秒。

火箭将是一个两级火箭,高度达到了190米。其中第一级空重1690吨,核燃料的重量为46000吨,发动机将会持续工作2.05年,将火箭和飞船的组合体加速到光速的7.1%,然后耗尽燃料的第一级就会和火箭的第二级分离。

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代达罗斯计划火箭和土星五号的对比图,可以看到其规模的庞大

轻装上阵的第二级火箭继续飞行,它的空重有980吨,核燃料重量为4000吨,核动力发动机将会持续工作1.76年,最终将飞船的速度提升到光速的12%。然后关闭发动机,飞船进入46年的巡航滑行阶段。

由于代达罗斯火箭和飞船所处的极端环境(温度从接近绝对零度到1600K之间),一般的材料在这样的低温和剧烈温度变化范围内变得脆弱不堪,火箭的强度也无法保证。所以,火箭发动机罩和支撑结构将会由钼、钛、锆和碳组成的新型合金制造,这样的合金材料即便是在极低温度下也能够保持足够的强度。

如何探测巴纳德星?

鉴于加速阶段就需要5万吨的燃料,如果需要减速的话,飞船的质量还需要进一步的增大,所以代达罗斯飞船并没有预备减速的燃料,也没打算到达巴纳德星的时候减速。

科学家想出的解决办法是飞船中携带了18个人工智能控制的自动探测器,这些探测器在接近巴纳德星前的7.2年到1.8年内发射出去,这些探测器同样也没有减速燃料,但是每一个探测器的会携带一种磁帆。

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到达巴纳德星的代达罗斯火箭

这种磁帆可以利用恒星太阳风和磁场来进行制动,从而无需携带减速燃料也能够降低自身的速度。并且这种磁帆不但可以用来减速制动,也可以用来加速,这样可以方便在巴纳德星的不同行星之间进行穿梭移动。

除了这18个自动探测器外,飞船的第二级的有效载荷中也有两个直径5米的光学望远镜以及两个直径20米的射电望远镜可以用来观测巴纳德星,这些望远镜会在飞行25年后被自动开启,并对巴纳德星进行持续的观测工作。

为了保护这些有效载荷不被星际物质所损毁,飞船会在飞行方向的前方200公里的地方发射一些人工粒子云,和飞船一起飞行,这些粒子云能够提前将一些较大的星际物质摧毁掉,以免这些较大的物质撞击飞船。

除了人工粒子云这第一道防线外,飞船第二级上还装有一个50吨重、由铍组成的金属护盾,这个护盾的厚度有7毫米,以抵御星际中的小的尘埃和流星体。

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代达罗斯计划的第二级火箭和有效载荷飞船,可以看到前面的金属铍组成的防护盾

而飞船和地球的通讯靠的是火箭第二级的发动机,这个直径达到40米的火箭喷口在燃料耗尽以后也能够兼任飞船的通讯天线。

因为代达罗斯计划的时间周期长达50年,所以中间火箭和飞船不可避免会出现一些问题,当时的科学家还设想要携带一些自动维修机器人,以便在出现问题的时候能够自动修复火箭或飞船。

代达罗斯计划的结局

这个火箭和飞船计划即便是在今天看来,依然是非常的疯狂,依然是遥不可及。如果1973年代达罗斯火箭发射的话,那么现在到了2021年,也接近50年了,这个时候也许代达罗斯飞船已经快要接近巴纳德星了。

可惜在我们这个现实的时间线中,代达罗斯计划中的一系列异想天开的技术即便是到现在大部分连影子都没有,唯一实现的好像也就是能够维修飞船的人工智能机器人吧。

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我们的目标是星辰大海

虽然代达罗斯计划最终不了了之,但是这个计划依然能够激励着我们人类不断的突破自己的极限,让我们拥有这样伟大的梦想,也许在未来,目标是星辰大海的中国,可以带领人类真正的踏上太阳系外的探索之旅。

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