这类推进器通常具有 “低推力、高效率” 的特点:
由於推力小,无法用於太空飞行器的地面起飞或穿越大气层;
但由於效率高,能长时间持续工作(可运行数小时甚至数周),最终能將太空飞行器加速到远高於化学火箭的速度(化学火箭通常只能运行几分钟)。
因此,离子推进器非常適合以下场景:
电源充足但对加速时间无严格要求的任务,如行星际航行;
卫星的轨道微调或轨道维持。
从理论上讲,离子推进器的排气速度没有上限 —— 因为它本质上是一种粒子加速器,而粒子加速器已能將粒子加速到接近光速(如 0.999999999988 倍光速)。但在实际应用中,其排气速度会受到推进剂类型、电源功率等因素的限制,存在一个 “最有效” 的速度范围。
加粗 - 克拉斯尼科夫管
克拉斯尼科夫管是一种用於超光速飞行的曲速推进器设计,与其他曲速推进器类似,它的实现依赖於自然界中尚未经实验证实的奇异物质,因此被归类为克拉克科技。
根据狭义相对论,以接近光速飞行的太空飞行器会经歷 “时间膨胀” 效应 —— 太空飞行器上的时间流逝速度会远慢於外界。例如:
一艘以 99.5% 光速飞行的太空飞行器,船上每度过 1 天,外界就会度过 10 天;
若该太空飞行器前往 10 光年外的埃普西隆?厄里达尼恆星系统,从外界视角看,旅程耗时约 10 年,但船员在船上仅会经歷 1 年。
谢尔盖?克拉斯尼科夫提出,在这类太空飞行器飞行轨跡的 “尾跡” 中,会形成一个 “时间捷径”—— 通过这个捷径,后续太空飞行器能在更短时间內完成相同旅程。例如:
第一艘太空飞行器於 2090 年出发前往埃普西隆?厄里达尼星系,按正常时间膨胀效应,將於 2100 年抵达(外界时间);
第二艘太空飞行器可在 2099 年出发,通过第一艘太空飞行器留下的克拉斯尼科夫管,同样在 2100 年抵达目的地。
理论上,通过持续发射太空飞行器,可在两个恆星系统之间建立一个 “持续的超光速通道”—— 例如,每月第一天发射一艘太空飞行器,就能形成一个稳定的超光速交通管。
然而,若在两个恆星系统之间建立双向的克拉斯尼科夫管(用於往返航行),则通常被认为会破坏因果律 —— 可能导致 “时间悖论” 等问题。
加粗 - 雷射帆
雷射帆与太阳帆的原理相似,都是通过反射光或其他电磁辐射,利用光子的动量推动太空飞行器前进。但雷射帆具有以下四个独特优势:
1. 强力推进:通过发射高强度的集中光子束(而非依赖微弱的太阳光),可在帆面上產生更大的推力,因此无需像太阳帆那样製造巨大的帆面就能获得相同的推进效果。
2. 远距离聚焦:通过精密的光学系统,雷射束可在远离发射源的地方仍保持聚焦状態,確保能持续为雷射帆提供推力。
3. 灵活的发射源:雷射的发射源不必是恆星,也可以是地面或太空中的发电站、中继站(如由彗星改造而成的核聚变反应堆雷射站),从而能无限延伸推进范围。
4. 能量传输:除了提供推进力,雷射束还能为太空飞行器传输能量 —— 例如,太空飞行器上的太阳能电池板可吸收雷射能量供电,或通过巨型整流天线接收微波能量。
在实际应用中,太空飞行器可根据任务需求,结合雷射帆与其他推进系统或动力装置:
利用雷射束传输的能量加热推进剂,或电离推进剂后通过离子推进器喷出,从而在牺牲部分最终速度的前提下,获得更快的加速能力;
结合物质束技术,雷射帆太空飞行器还可在飞行过程中补充推进剂;
若目的地恆星系统中部署了雷射发射装置,还能利用雷射束为太空飞行器减速(无需消耗自身燃料)。
例如,在移动彗星时,可从恆星系统內部向彗星发射雷射束,彗星吸收雷射能量后汽化冰层產生推进力,同时雷射束的推力又会 “抵消” 部分汽化推进力,最终使彗星缓慢进入恆星系统內部区域。
加粗 - 磁太阳风帆
磁太阳风帆(也称为 “磁翼” 或简称 “