千奇百怪的宇宙飞船设计

1、工业设计师迈克尔·杰利内克设计的太空货船是他对学生们授课讲稿的一部分。他说，“这个太空货船的主要用途是在星系之间送递

货物。”该太空货船强大的喷气发动机可实现最大化航空操纵控制，有能力航行于极端的大气环境中。

2、多媒体艺术家约耳·卡尔洛·艾马特使用Photoshop和ZBrush制图软件绘制了这种外型像三叶草的太空船。他设计的这个太空船可

用于日常星际间旅行，虽然它仍是一种燃料动力驱动，很可能不久后能成为混合动力驱动。

3、杰克·帕克每天的工作并不是设计像《冰河世纪》等大型动画片的特效，他的工作是漫画设计制作。他所设计的这个太空船具有很快的飞行速度和致命的攻击能力。帕克说，“这非常喜欢这款第二次世界大战前的战斗机设计模型。”他在蓝天设计室担任高端计算机图形接口设计师。这个太空船明亮的黄色外壳，尾部黑条纹，使其获得“大黄蜂”的称号。

4、瑞典概念设计师西奥多·沃恩设计的太空战舰灵感来自于科幻电影《异形》和《终结者》，如图所示极具威胁的太空战舰可以部署军

力，参加小型**作战。这种太空战舰被命名为“Ferro”，可装配着杀伤性武器，承载8名乘客和1位飞行员。

5、尼古拉斯·布维尔对于太空旅行非常着迷，他从小在美国佛罗里达州卡纳维尔角长大，目前他是一位游戏设计师，曾设计了许多电

脑游戏图画和书籍封面。如图所示，这是它所绘制的美国宇航局航天飞机发射场景。

6、空中轻型海盗船，大卫·利维决定在早先的设计原型上进行改进，科幻版的空中轻型海盗船。利维是SteamBot设计工作室主管，他想像一艘太空船飞翔于未探测的宇宙区域，使用高级伪装技术可实现“隐形”，让这艘空中海盗船隐藏于敌人的视野范围。此外，其膨胀型机翼采用太阳能动力，朝着太阳的方向在空中可像船只一样航行。

7、虽然23岁设计师本·马尤罗设计的这个未来科幻巡洋舰是艺术课作业，但是精美的草图使他感到非常欣慰。据他介绍，这艘“巡洋舰”主要的用途是探测未勘测区域、执行侦察搜索任务。

设想未来的宇宙飞船(非科幻)

这种宇宙飞船由超强复合材料制成，超滑超反光，超导热，句有可折性。

在外壳与内壳间，有一道超吸热的液体，可将外壳所接受的热带走，转为可发电的等离子体。另外，外墙置有超导体，可发出强脉冲磁场用以保护乘员免受太阳风奇袭。

宇宙飞船的推进系统由反物质作点燃核融合反应(没核辐射)作燃料推进：

这是可以选择激光的。问题是生成高功率激光是需要化学作用的（电子能级的跳跃）想想看，如果使用激光装置（所产生足够的功率，加上集中光学设备的话）理论上也小不了多少，那飞船的体积将大得很；而且发生核融合所需的点火机制不久，只不过立即的反应，所以只需极为一点点的反氢原子（虽然有生产与存储困难的问题，未来有望解决）就可以作点火了，何必需要带上这么大的激光装置呢？显然的，选择以反物质作为点火的反应物来的更要好。

为了防止喷口过热，喷嘴将采用以上所说的"超强复合材料"，而且也可伸展成很大，反应的强光子流也由于材料的超滑超反光，所以得以充分发挥。

宇宙飞船的驾驶舱与生活舱与推进舱分离，生活舱转动于提供"人造引力"。

必然的，宇宙飞船必须句有高工率通讯系统与雷达。

宇宙飞船可由计算机控制也可人为控制。飞船外句有多功能机械臂，用于各种用途。

宇宙飞船的一切设计都句人性化，简澈化与未来化。

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异形之用心列兵发表于：2008-11-03 16:04只看该作者

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大中小

2楼

RE:设想未来非科幻的宇宙飞船

要多方面一起进步。如果要远航至系外行星，那以下这些东西必要有突破:

1.反物质，如果人类要生产它，就要懂得反物质内部机制和与常规物质的差别。与达到直接从物质-反物质的过程，而不是物质-能量-反物质这过程。同时，

也要懂的如何储存它，因为反物质不能碰到常规物质以免发生消灭，转化为纯能量(不可控)!!

反物质发动机的设计方案主要有四种，我们在这里按照比冲量从低到高列出：

1) 固体核心：湮灭在一个固体核心的热交换装置内进行，产生的热量将氢推进剂加到高热，

然后从喷口喷出，效率和推力都比较高，但由于原材料的原因，比冲量最多只能达到1,000秒；

2) 气体核心：让反物质同氢推进剂直接反应湮灭，产生的带电介子以磁场控制并将氢推进

剂加到高热，但这样会产生一些无法控制的γ射线，比冲量能达到2,500秒；

3) 离子浆核心：以比较多的反物质注入氢推进剂并湮灭产生高热的离子浆，

并以磁场来容纳它们，然后将离子浆喷出产生推力，这样同样会产生一些无法控制的γ射线，

但这种方式不受原材料的限制，比冲量可以很高，大约在5,000秒到10万秒之间；

4) 粒子束核心(Beam Core)：直接一对一地湮灭，然后以磁场控制带电介子并把它们直接从

喷口喷射出去，由于这些介子的运动速度接近光速，发动机比冲量可能要超过1千万秒。

因为湮灭产生的带电介子在衰变后变成半衰期更长的带电μ介子，所以这个办法完全可行。

而且这个方式只需要反物质燃料，不需要推进剂，可以极大地减少飞船的负载。由于湮灭的产物是以接近光速运动的，所以飞船必须造得很长。

2.基因工程。人类宇宙远航是需要好多的时间来完成任务，如果使用反物质推进器，

飞船最多只达到亚光速，而离我们最靠近的行星系4.3光年，需要大概至少十几年的时间

来回往返。这时，宇航员需要接受基因治疗以延长生命，增加对恶劣环境的抵抗力。

3.生命维持。人们必须找到将营养与加路里压缩至一粒丸大小或浓缩液的技术。由于直接采用营养与加路里丸，人们不再有排泄物，而更健康。飞船上也有人造绿化区，

都用计算机控制，提供所需的养分与新鲜空气。

4.材料。这种飞船必须据有质量轻，超硬，可折性，超滑超反光与超导热同时具备的特性。

两个材料间隔有空隙，空隙内装有带热可重复使用液体。当外壳接受热能时，超导热的特性

使到热可均匀的散到全身上再将热能传到内部的液体。如果足够热的话，这些化为等离子体的

液体将可用来发电。同时，外壳具备超导线路，用于发射脉冲磁场对抗行星的强磁或带电粒子，

而内壳否由抗磁材料制成，较厚于保证乘员的安全。

5.通讯。量子通讯能否达到即时通讯?如果能的话，那将是一场通讯革命。

不管距离有多远，双方都可即时通讯而没有通讯带泄等问题，有能免受干扰(量子所用的作工粒子需特意保护除外)的优势。点击参考：相对论与超光速

6.太空组装。一个大型的星际飞船可能体积很长很大，这就要求能在地球轨道上一部一部地组装，零件由空天飞行器送去，再由智能机械人建造。飞船的模式是模块化的，

可轻易的组装。

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异形之用心列兵发表于：2008-11-03 16:05只看该作者

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大中小

3楼

RE:设想未来非科幻的宇宙飞船

在设计宇宙飞船时必须有以下的部门

1)宣传部

负责宣传此计划给公众，寻找投资，设计宇宙原型图，与负责报告最新进展，同时有教育公众的宣传等。

2)技术部

负责收取研发过程中，所发明的技术专利，以及寻找或提供个别的技术专利

给予研究员。

3)资源部

负责管理财务以及提供必要的材料等与实验地方等。

4)天文部

专门观察宇宙天气，提供天体活动，计算与寻找最好的宇宙航行路线。

5)科学部

提供一切理论与科学技术等的帮助，研究工作在此展开。

6)工程部

专门计算宇宙飞船的具体数据与所需的资源，负责寻找建造宇宙飞船的方法与过程，

建造宇宙飞船。

7)航天员训练部

专门选拔与提供训练以及心理测试给即将展开任务的航天员。

整个过程如下:

设想 - 理论 - 计划 - 寻找资源 - 展开研究 - 设计原型 - -计算飞船数据 - 安排工程

- 开始建造 - 选拔航天员 - 模拟实验 - 观察宇宙天象 - 安排最佳时机 - 发射 - 组装 - 测试 - 起航。

在宇宙航行时，必须注意以下几点重要因素及其解决方法:

1)宇宙中的各种有害的射线

-使用所说的"新型材料"与脉冲磁场发射装置(对抗带电的粒子)。

2)据有威胁的小天体如小行星，陨石等

-用超短波(超高频赫)雷达扫描发现并用微型自带核武摧毁或移开，

如果无效就紧急减速转向飞行。

3)绝对底温度与高温的巨大温差对材料的考验

-使用所说的"新型外壳技术"与"新材料"。

4)通讯带泄问题以及易受相同频赫的宇宙电磁波干扰

-希望能通过新型的通讯方式:量子通讯，中微子通讯???

5)飞船内外压差

-计算机控制与调节内部气压与温度。

6)在茫茫的宇宙导航问题，天体旋转及引力影响等

-星体光电追踪导航，惯性陀螺仪或宇宙背景扫描导航。

7)航天员心理因素及需要(性，勾通与娱乐)

-智慧型超高容量计算机模拟第二人生，人造乐园以及智慧型机械仿生人。

8)生命维持问题

-人造农场与绿化区，人体冷冻冬眠。

9)计算机故障维修与安全

-模块化计算机原件与可重新拼写程序或可提升式软件，采用新型生物或量子计算机。

10)携带燃料的安全与供给

-先进可靠模组性的存储装置。

11)行星登陆环境问题(登陆遇见易燃气体，引力不平衡等)

-寻找适当的着陆点，发射脉冲磁场（注1）与星球地磁场（选择性）产生斤力或采用非火箭喷射式

(降落伞，充气机身)来进行软着陆。《注1：用间歇振荡器产生间歇脉冲电流，将这种电流通入电磁铁或超导体的线圈

即可产生各种形状的脉冲磁场。脉冲磁场的特点是间歇式出现磁场，磁场的功率、变化频率、波形和峰值可

根据需要进行调节。》

12)能源提供问题

-充分利用推进系统（核融合反应+反物质湮灭反应）所发出的热能进行发电。

13)不明细菌与病毒污染

-生命红外扫描探测到，计算机迅速控制飞船内环境并使用

化学品动力喷撒以及紫外线给予消灭，或用机械人将其捕获并进行化验。

航天员必须先接受基因治疗以对抗此类病毒。

14)宇宙飞船的形状

-宇宙飞船的形状的两边需要配合与平衡，这是为了使得加速飞船时

保证平稳前进。

逃逸速度

第一宇宙速度（轨道）

第一宇宙速度又称为环绕速度，是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度。要作圆周运动，必须始终有一个力作用在航天器上。其大小等于该航天器运行线速度的平方乘以其质量再除以公转半径，即F=mv2/R，其中v2/R是物体作圆周运动的向心加速度。在这里，正好可以利用地球的引力，在合适的轨道半径和速度下，地球对物体的引力，正好等于物体作圆周运动的向心力。第一宇宙速度的计算公式是：

G\frac{Mm}{R^2} = m\frac{v_1^2}{R}

v_1 = \sqrt{\frac{GM}{R}} = 7.9 km/s

或者：

mg = m\frac{v_1^2}{R}

v_1 = \sqrt{gR} = 7.9 km/s

实际上，地球表面存在稠密的大气层，航天器不可能贴近地球表面作圆周运动，必需在150千米的飞行高度上，才能绕地球作圆周运动。在此高度下的环绕速度为7.8千米／秒。

第二宇宙速度（行星系）

第二宇宙速度又称为脱离速度，是指在地球上发射的物体摆脱地球引力束缚，飞离地球所需的最小初始速度。

\frac12mv_2^2 - G\frac{Mm}{R} = 0

v_2 = \sqrt{\frac{2GM}{R}} = \sqrt{2gR} = 11.2 km/s

同样，由于地球表面稠密的大气层，航天器难以这样高的初始速度起飞，实际上，航天器是先离开大气层，再加速完成脱离的（例如先抵达近地轨道，再在该轨道加速）。在这高度下，航天器的脱离速度较小，约为10.9千米/秒。

第三宇宙速度（恒星系）

第三宇宙速度又称为逃逸速度，是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。本来，在地球轨道上，要脱离太阳引力所需的初始速度为42.1千米／秒，但地球绕太阳公转时令地面所有物体已具有29.8千米／秒的初始速度，故此若沿地球公转方向发射，只需在脱离地球引力以外额外再加上12.3千米／秒的速度。即物体所需的总动能为:

\frac12mv_3^2=\frac12mv_2^2+\frac12m \Delta v^2

v_3=\sqrt{11.2^2+12.3^2}=16.7 km/s

第四宇宙速度（星系际）

第四宇宙速度是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚，飞出银河系所需的最小初始速度。但由于人们尚未知道银河系的准确大小与质量，因此只能粗略估算，其数值在110~120千米／秒之间。而实际上，仍然没有航天器能够达到这个速度。

宇宙速度的概念也可应用于在其他天体发射航天器的情况。例如计算火星的环绕速度和逃逸速度，只需要把公式中的M,R,g换成火星的质量、半径、表面重力加速度即可。

预言未来：

作一个粗略的设想：

设想在2028年时，假如人们使用低轨道运载能力为150吨

（越为大卡车的质量的15至20倍）的运载火箭发射一个质

量为神舟7号的20多倍，空间长宽直径都越为神舟7号的

数倍多，使用核能供电（铯离子火箭）做推进器，飞船在

低轨道上自行加速。生活舱内有

旋转模拟地球重力舱并具有人造绿化区，外壳备带有

冷超导体的外壳（用于发射磁场对抗带电射线粒子）

与文章上面所说的“新外壳技术”，再加上舱内的空间将大大

增加（电子设备与生活设备都轻

型化了+新材料）控制设备全部显示屏触控化了，

宇航员靠服用营养液&卡路里为生；飞船巨大的组件在运载火箭上直接暴露在外，火箭最上推进级级也就是飞船的推进器级采用核能供电（铯离子火箭）做推进器。火箭要作肖微改良与变动。这时再用同类的运载火箭

发射一个与飞船对接的登陆器与

货物舱。当对接完成后，此时飞船成为名副其实

的“行星系飞船”，这个飞船将可以用来载人火星或更远的星球

如木卫与土卫等的任务（可选择性）；

飞船从轨道慢慢以强大的铯离子发动机加速绕地球，后渐渐的脱离

地球轨道，飞向火星去；在快要到达火星时，飞船反方向

减速后到达火星轨道；释放登陆器人类探测火星；后释放货物舱登陆；探测完毕，登陆器上返回舱1与下部组合舱分离，直奔向轨道上徘

徊的飞船对接；跑掉返回舱，飞船同先前的方法加速直奔

回地球；到达地球轨道后，类似神舟7号的方式将返回舱2

推射进入大气层后进行软着陆（过程与神舟7号相同）。

整个任务所花的时间只不过为期一年或更短，因为新型推进器的

帮助下任务所需的时间得以缩短。（此推进器本身的优越

在于可以用更长的时间加速到相当高的速度而不是推进器

的推力。）

《铯离子火箭的工作原理是这样的：发动机开动后，产生大量的铯蒸气，

铯蒸气经过离化器的“加工”，变成了带

正电的铯离子，接着在磁场的作用下加速到每秒一百五十公里（可以再更高），从喷管喷射出去，同时绘离子火箭

以强大的推动力，把火箭高度推向前进。

如果施加高电压和强磁场，气体原子的阳离子和阴离子能

以非常高的速度喷射出去，推动火箭飞行。离子火箭的

推力远比化学火箭小，但可长时间保持其推力，适用于长

时间旅行。目前有人设想利用太阳能和原子能作离子火箭的电源。

国外计算表明，用这种铯离子作宇宙火箭的推进剂，

单位重量产生的推力要比现在使用的液体或固体燃料高出上百

倍。这种铯离子火箭可以在宇宙太空遨游一二年甚至更久！》

过程：（火星之旅）

加速减速各两个月+航行3个月+行星表面探测一个月+加速减

速各两个月=1年。

这一切都需要要地球上决策者的决定与经济能力，如果现在国际社会给予足够的关注与努力，那本世纪下半叶的某一天，所不定第一个到达系外行星的人可能是你我他也。

发展航天，造福全人类！