宇宙飞行器设计基础理论概述

宇宙飞行器设计基础理论概述

摘要

宇宙飞行器分为自然形成和人造两种，但对于人造飞行器，宇宙中的各种射线辐射以及各种粒子流会损坏人类航天器或降低航天器寿命。宇宙中还存在非常多的陨石，也会严重威胁人类太空的航行安全。对人类而言，目前还未能制造出在太阳系内自由航行的载人宇宙飞船，所以人类的飞行器还是比较落后的，本旨在阐述能让人类在宇宙中安全飞行的宇宙飞行器设计基础理论，希望在人类航天领域发展中起推动作用。

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正文

1.宇宙飞行器概述

本文将能在宇宙中航行的物质称为宇宙飞行器

1.1.宇宙飞行器分类

这里旨在把宇宙飞行器划分为两大类，一是人类制造和操控的飞行器；二是天然飞行器，也就是宇宙本身自然衍化制造的飞行器，如陨石、行星和恒星等。天然飞行器只能遵循既定轨道运行，直到被动受外界因素干扰而发改变，而人造宇宙飞行器是人类主观意识去改变其运行轨迹。

1.2.飞行器集群

由人造飞行器组成的集群称之为舰队或军团，而天然飞行器组成的集群称之为星系，银河或星座等。

一个星系内的星球，如没有外界的干扰，其可以稳定的运行几十亿年甚至更久，可见其是多么的稳定，所以人类未来的舰队发展到一定程度时，其舰队形式可以参考此种方式，环绕大质量中心进行周期运动，从而使外围小型飞行器节省燃料，而外围飞行器可以提供前沿侦查以及区域覆盖等任务。此种集群适合在星系与星系之间航行。

2．人造宇宙飞行器设计

2.1. 带电粒子流防护设计

太阳风及风暴等对在星系内航行的人类以及航天器的健康影响很大，因而需要进行防护，而针对太阳风内的带电粒子流防护，我们可以参照行星的稳定系统进行设计，具体系统演化可参照图2-1。星球的磁场可使带电粒子运行轨迹发生偏转，从而起到保护的目的，由此可见，飞行器周围存在恒定巨大磁场，其不但可了防护带电粒子流，而且是防护罩设计的前提。设计宇宙飞行器时，我们可以认为星球是一个具大的电磁铁，电磁铁外面由众多线圈环绕，其次将电磁铁拉伸或压缩改变其形态，从而形成椭圆或碟状飞行器。

宇宙飞行器的磁场分为两种，一种是稳定不可调节，这种设计以及管理维护相对容易；一种是稳定且可控，适合特殊场合，比如战舰和航母等，但设计复杂且需要消耗大量能源来维持。

图2-1

2.2. 等离子防护罩设计

防护罩需要等离子维持在被保护飞行器的外层，因为等离子带电荷，所以可以利用现在有磁场进行圆周运动，维持其稳定并形成一个护罩。

等离子防护罩需要将飞行器空间分为三部分，第一部分为防护磁场的外层，此层主要防护带电粒子流等等；第二部分为防护磁场的内层，界限为等离子防护罩位置；第三部分为飞行器外壳，其上带与等离子相同极性的电荷，使第二部分的区域受电场力为主，呈现电场斥力。

当外来物质经过第一部分到达等离子防护罩时，其会被迅速电离并带上电荷，当其继续往内运行时，因为其带上电荷，越靠近飞行器，其受的排斥力就越大，就会受斥力推动其轨道偏转，从而从飞行器侧面偏转远离而达到防护目的。

2.3. 飞行器发动机设计

这里讲述的发动机是可以在星际航行的发动机，发动机的雏形是目前使用的粒子对撞机，将其改装成星际发动机，将燃料电离后进行加速到十分之一以上光速，按质能方程E=MC2算，将一艘10万吨级航母送到太空消耗的燃料将不到1公斤。当然，这种飞行器是需要消耗大量电能，如果送大吨位飞行器上太空并在星际航行就一定需要具备核动力发电机，如果是光电发电，则需要一次次充能，随着时间增加则速度越来越快，但不能进行星际航行，因为离太阳越远，电能就越低。

飞行器发动机需要核动力发电机为前提，那么为什么不直接用核推动呢？首先，飞行器内部运行本身需要大量电能，比如生态维护以及日常和工作用电，这些都需要核发电；其次，用核能直接推动问题在于核爆威力太大，飞行器本身材质都承受不住，材料要求也特别高，实用性不强。

2.4. 力场成像仪设计

在宇宙中存在很多暗物质，光学成像无法发现它们，雷达也很难检测，而且延时性非常大，比如说中子星还有黑洞等，如果航行中发现不了它们，就对航行安全造成很大的隐患。所以要开发力场成像仪，也就是所谓的力场透镜，这样不但可见的和不可见的都可以呈现，距离也可以计算，这就成为一张航行中的地图，可以引领我们避开危险，也可以在茫茫星际中确定方向。

力场成像仪是基于波动理论以及爱因斯坦的相对论进行设计，质量物体会使空间和时间弯曲，如果没有其它质量物体影响，弯曲的曲面在相同曲面梯度上，理论是光滑均匀的，但如果其它质量影响，其上对应的方向就变得凹凸不平，当在此梯度上检测引力的卫星圆周运动扫过此区域，它就会检测到引力振荡，就像高速行使过凹凸面的汽车，它就会被我们检测到，通过算法就可以确定大概方向。

力场成像仪需要非常多的卫星辅助扫描，水平垂直等方向都需要许多个卫星环绕飞行器（也可以是星球）运行，数量越多，清晰度越高。成像仪也会像人一样会出现像素盲区，同一个方向只能解析出这方向叠加引力的距离及质量。

2.5. 辅助类科技

2.5.1. 引力通信系统

此通信系统是通过控制引力波动来实现，类似我们目前使用的光纤通信，具有覆盖范围广，大质量物体空间弯曲对其干扰小，而且隐秘性高等特点，此种通信不容易被敌人发现和捕获，对星际作战有很大优势。

2.5.2. 空间穿梭

空间穿梭可以使我们更快的到达目的地，采用方法为消耗能量进入更高维度空间，然后由高维度空间转换到低维度目的地。

2.5.

3. 持续核裂变设备

在空间穿行，需要消耗大量燃料等，特别是星际航行，这样就需要经常补充物资，然而很多在太空的物质都不是我们需要的类型，所以我们就需要持续核裂变设备，这个设备能对除氢元素外其它任何元素进行裂变，可以将相对原子质量高的物质裂变成我们需要的物质，中间产生的能量用来发电等等。2.5.4. 行星炸弹

大部分行星地核都在产生热量，而这种行星炸弹体积并不大，它只是起催化作用，把它打入到地核，催化地核瞬间释放出1倍以上的热量，这些热量就可以把星壳挤破，摧毁地面的一切。