[原创]神舟畅想曲：一起来谈谈航天技术的现在和未来！

神舟飞船的成功令人激动万分，这几天脑海中一直翻涌着一些航天技术的主题，干脆把它们写出来跟朋友们交流．内容都是在课堂学到的和平时找感兴趣的杂志和资料时看到的．但愿能起抛砖引玉的作用吧．

航天技术的现在

　　现阶段，航天技术的核心是找到一种方法，克服地球引力把有效载荷送出大气层，并使之加速到至少每秒7.9公里的第一宇宙速度．由于宇宙空间接近真空，有效载荷不会因空气阻力而损失能量，就能无须补充能量而在环绕地球的轨道上运行了．人造地球卫星和神舟飞船就在这一位置上．同理，速度大于第二宇宙速度就能脱离地球引力，进入环绕太阳运行的轨道，而速度大于第三宇宙速度就能飞出太阳系了．

火箭技术：
　　为了达到第一宇宙速度，历史上人们设想了各种不同的方式，但最终成功付诸实现的是化学动力火箭，事实上，这也是现在唯一可行的技术．基本原理是燃烧化学燃料，然后向火箭后方喷射燃气，利用反作用力加速火箭．由于不需要象飞机一样借助空气，所以在宇宙空间一样适用．但是，用这种方法产生的推力与火箭本身的质量相比非常有限，所以在消耗掉一定的燃料后，原来储存燃料的箭体质量就成为了巨大负担．于是，多级火箭的想法就出现了．把火箭分级，每一级用完后就扔掉．这次运送神舟飞船入轨的长征２Ｆ＂神箭＂火箭，就是两级的火箭．这种技术是现在的运载火箭的主流．
　　根据使用的化学燃料，火箭引擎技术也各不相同．＂神箭＂使用的燃料是一种复杂的化学物质（我不是学化学的，没记错的话，是＂偏二甲肼＂）．它燃烧产生的能量高，对储存所需的温度和压力的要求不高，引擎技术也相对简单．在工程上有一条原则：能够完成给定的任务，系统越简单，可靠性就越高．以上是它的优点．缺点是这种燃料是有毒的，且有很强的腐蚀性（燃烧产物是无毒的）．所以发射场必须设在偏远的戈壁地区以减少污染带来的危害．我国现有运载火箭能把最多11吨的有效载荷送入低轨道（神舟飞船总质量为7.8吨），对于未来的发射任务，开发更大推力的火箭是必须的．
　　我国现在正在开发的新型火箭发动机是＂液氧－煤油＂引擎．这两种物质和燃烧产物都是无毒的，而且成本很低，但技术要复杂一些．其实这是原苏联已经成熟的火箭技术．苏联全盛时期，在地球轨道上运行的3000多个人造物体中有三分之二是苏联发射的，其中原因跟低成本的＂液氧－煤油＂火箭有很大关系．美国人说苏联用五金商店里就能买到的煤油发射了卫星，带着酸溜溜的羡慕．可想而知，我们的这项攻关具有巨大的意义．
　　现有火箭发动机中最复杂的是＂液氢－液氧＂引擎．氢氧燃烧产生水，干净无污染，且能量在三种燃料里里最大．但它同时也是技术最复杂，最昂贵的．我看过两份相互矛盾的报道，欧洲人说中国还不能制造这种火箭发动机，而另一份报道说中国长征火箭的第二级用的就是＂液氢－液氧＂引擎．究竟事实如何，还请高手赐教．

飞船和航天飞机：
　　飞船看起来完全不象飞机，联盟飞船也好，神舟飞船也好，返回仓就象一个返回式卫星．由于载人的关系，要求要高得多．整个巨大的飞船－火箭联合体，能回来的也就是这个返回仓了，而且它是不能重复使用的．神舟六号的返回仓就是一个全新的，现在好像正在装配（期待中！）．
　　美国人决定另辟途径，最终发明了航天飞机，1981年＂哥伦比亚＂号进行了成功的第一次试飞（现在它已香销玉陨）．航天飞机是部份可重复使用的航天器．核心部分载人轨道飞行器（航天飞机本身）设计使用寿命是一百次往返大气层，两侧的固体燃料助推器在上升到一定高度后分离，掉进海里，捞上来后也能重复使用（牛啊！）．中间巨大的液体燃料箱是一次性的，象普通火箭一样用完就仍了，掉进大气层烧毁．航天飞机的发射方式也跟火箭一样是垂直的，从这两个角度说，＂升级＂并不完整．但航天飞机也有很多明显的优点：
　　１．降落方式完美．由于具有飞机的气动外形，航天飞机可以在回归时控制在大气层内的飞行（不过是无动力飞行，因为没有航空引擎．而火箭引擎在这时候是关闭的），理论上可以准确降落在任何一个跑道够宽够长的机场．飞船着陆的可控性就差多了，这次神舟五号着陆点偏差只有4.8公里，已经非常精确，但跟航天飞机比还是相差很大的，不是同一种技术嘛。所以，飞船的着陆地点一般是戈壁或大海，然后等人来接。
    2．运载能力强．联盟ＴＭ飞船里能勉强挤下三名宇航员（老毛子个头又大，挺苦的）．神舟飞船里可以从容地容纳三名宇航员．而航天飞机的机组一般是七人，且空间宽敞．航天飞机的货仓也很大，最多可装下30吨的货物．
　　３．可以用来回收卫星．前面提到的优点，好处不是绝对的．降落地点其实谁也不能自由选择．飞船载人少，多发射几次也就是了．但回收卫星到目前为止还是航天飞机的绝活．没有航天飞机，任何非返回式卫星只能是有去无回．使用寿命到了，要么重入大气层烧毁，要么变成太空垃圾，一直在轨道上飘荡下去．对于航天飞机而言，任何可以放进货仓的卫星，原则上都可以带回地面．我在上小学的时候从科普读物里看到这点，心想如果美国人使坏，把我们的卫星抓回去怎么办．后来想终究是不怕的，只要在卫星上装上爆炸装置，美国人敢偷就崩他丫的．直道现在，想起那时候的创意还是忍俊不禁，呵呵．
　　美国人设计航天飞机的初衷是通过重复利用航天器节省成本，创造一种便宜的天地往返工具．但事情的发展还是偏离了计划．由于对部件的要求极为苛刻，且技术复杂，航天飞机不仅没能省钱，相反使用成本比一次性的飞船要贵很多！美国人为自己制造的优雅的航天器感到自豪，但很快发现实在用不起它．于是，航天飞机每年的升空次数只达到了计划的三分之一，而花费却超过了预期．尽管如此，美国人还是认为航天飞机必将淘汰传统的运载火箭，停止了普通运载火箭的开发．苏联用煤油作燃料的火箭发射了数量巨大的卫星，而美国则力不从心了．更糟的情况是，由于预算有限，并非每架航天飞机的配件都是齐全的．说得粗点，是＂两人合穿一条裤子，谁出门谁穿＂！挑战者号失事后，有人提出问题可能出现在：上一架航天飞机返回后，匆忙拆卸零件装上挑战者号以完成任务，精密的零件长时间暴露在空气沙尘中，又匆忙安装，结果出了问题．虽然事故原因并非如此，但这也的确够狼狈了．灾难发生后，由于没有运载火箭，美国人尴尬地发现，自己的卫星没法发射了．于是四处求助，当时中国才有可能为美国发射卫星．这段经历对美国来说实在难堪．之后，放弃了高傲，美国又开始发展运载火箭了．普通的货运发射，不是非要航天飞机不可的．最近美国宣布了发展德尔塔ＩＶ型火箭的计划，看来是现实多了．
　　我国的载人航天计划选择了飞船，还是很适合我国目前的财力和技术水平的．我认为，有可能的话，我们应该跳过航天飞机这一个台阶，直接发展它未来的替代者：航空航天飞机（空天飞机）．

航天技术的未来

航空航天飞机
　　航天飞机的发射过程其实还是挺老土的：垂直发射，最终丢弃燃料箱．未来的航空航天飞机可能完全具有飞机的形态，也不丢弃任何部分，在机场跑道水平起飞，用航空发动机（可能是冲压式喷气发动机）在大气层内飞行，在高度上升到航空发动机的极限时，开始使用火箭发动机加速到必要的速度，进入低轨道．设想不错，但实现相当复杂．现有冲压式喷气发动机和火箭发动机的效率都还不够，做不到不丢弃任何部分．在飞行中，任何一种发动机都是另一种的累赘．另一个问题是，这种方式在大气层内飞行的时间很长，对隔热材料的强度和耐久度要求更高，目前似乎还没有好办法．空天飞机的想法在八十年代就有了，可是到目前还是一个梦想．

核动力引擎
　　前一阵子看新闻，说是美国人要造核动力引擎了，吓了我一跳，以为技术上有了新的突破．仔细一看，正如有网友所说，是不折不扣的＂太空蒸汽机＂．受控核裂变技术现在已经相当成熟了，核反应堆到处都是嘛．做一个小的装在航天器上，用它产生的热能加热工质（比如水），然后控制高压蒸汽的喷射来给航天器加速．这种装置产生的推力还没有化学火箭大，在地面上甚至无法使火箭升空．它的但优点在于可以运行很长时间，在宇宙中日积月累，能为航天器加速不少．但是它的所能提供的能量和本身的质量相比还是太低，现有技术的瓶颈并不能靠它来突破．
　　什么是现有技术的瓶颈？比如，我们的航天英雄杨利伟在太空的一餐据说花费十几万．这决不是那些宫保鸡丁的成本，而是发射成本在这些质量的食物上的平摊．为什么那么贵？因为火箭消耗了大量燃料，而且箭体和火箭发动机全丢弃了．化学反应产生的能量有限，这样做纯属无奈．用它来实现载人登月已经是勉为其难（阿波罗计划后，人类再没有进行登月活动），载人登火星更是至今没有哪个国家搞得起的苦差事．而开发中的受控核聚变技术可能是产生飞跃的希望．
　　人类已经实现了人工核聚变，那就是氢弹．由于核聚变需要上亿度的温度和极大的压力，事实上是通过爆炸一颗小型原子弹来创造这个条件，从而使氢弹的氢同位素燃料产生聚变的．这种方式可以产生巨大的能量，但不能缩小规模，无法收集利用（除了破坏）．所以是＂不可控＂的．受控核聚变的研究已经进行了很长的时间，如果实现，不仅能从本质上解决能源供应的问题，还能提供一种效率非常高的航天引擎，使人类的脚步从地球－月球系统扩展到整个太阳系．
　　问题的焦点是如何不用原子弹而产生且＂平静＂地维持聚变需要的那几亿度的高温和巨大压力．我在上大学一二年级基础物理的时候有幸听老师介绍了两种可能的办法．
　　第一次是学完光学部分的时候．老师把书一合，说：＂你们学的其实都是线性光学，原理和公式只在不是很极端的条件下适用．非线性光学现在还是科研前沿，我不是搞这个的，所以也不很明白，我给你们组织了一次讲座，接触一下吧．＂讲座果然不同凡响，我估计是没人听得懂，高处不胜寒啊！我们的物理老师平时上课妙笔生花，眉飞色舞，是一个真正体会到物理学之美的人．但那时，他神情恭敬虔诚得就象个小学生，让人难忘．讲座里我唯一还有印像的内容就是用强激光实现受控核聚变．过程是这样的：把氢同位素做成极小的液体燃料球向指定区域发射，到位后用高能激光同时从各个方向对称轰击．结果是把外层燃料轰走，由于反作用力和激光的压力，内层燃料球急剧压缩，同时温度升高，在瞬间达到聚变反应的条件（这时候，燃料球内部的光学现象就是非线性的了）．这样的聚变固然只能维持很短的时间，但由于规模很小，所以是可控的．如果过程频率很高，也接近于连续反应了．可想而知，如果在一个封闭空间进行这样的反应，只留下一个方向使高能聚合物喷出，就能做成一台很好的航天发动机．这种方式的困难在于目前的高能激光技术．那么强的激光器还做不出来．就算勉强为之，产生激光过程中消耗的能量也大大高于从聚变中获取的能量．
　　另一次是上电磁场理论的时候，老师讲解＂磁塞＂理论时举的例子．也是为了维持在一个区域内核燃料的高温和高压．由于温度太高，任何固体材料都会被瞬间汽化电离，根本别想用一个容器维持稳定的反应空间．现在想的办法是用强磁场约束，因为在这样的高温下，物质全部电离了，而运动的带电粒子是可以用磁场中的洛仑兹力约束在一定空间的．这个问题甚至出现在一道习题里．理论上讲是可行的．困难是什么？我想你就是不知道也猜到了：没法有效维持那么强的磁场．现在产生磁场的办法无非是用通电线圈，电流越大磁场越强．但导线都有电阻，电流越大，在电阻上损耗的热能也越大．结果可能是把线圈烧化了也还差得远．不过最近我们又看到了希望的曙光－中国的＂人造太阳＂进入装配阶段了！用的就是这种方式的受控核聚变．而用于产生磁场的线圈是超导体！！在用超导材料做成的线圈上，因为没有电阻，无论电流多大，产生的热能为零！！所以，理论上可以获得强得多的稳定磁场而消耗很少（虽然问题又转移到如何有效维持超导态了）．这将是世界上第一次把超导材料用于受控核聚变装置．如果成功，意义绝不亚于神舟上天．呵呵，绕得有些远了，不是在讲航天发动机吗？设想一下，在磁场的特定区域人为把场强调低，使反应物质受控溢出，不就是一台喷射引擎吗？呵呵，这一点是我自己想的，方程肯定比我做过的习题难解得多，还要考虑动态补充燃料，似乎还不是现在应该考虑的问题，但希望总是有的，不是吗？

虫洞
　　越扯越远了，但存在的问题还是现实的．从现有知识出发，即使我们有了受控核聚变引擎，实现恒星际航行仍然是不现实的．根据相对论，这个客观世界的速度上限是光速，有静止质量的物体速度只能接近而无法达到光速．但是，恒星的距离是以光年为单位的，离我们最近的比邻星远在４光年之外．就算飞船以0.9倍光速飞行，一个来回也要九年．银河系的直径高达十万光年，用加速航行的方法是无法穿梭银河的．
　　虫洞的概念经常在科幻小说里出现，但无数没有公式的科普文章里发誓说至少在理论上是可行的（给我公式也看不懂）．通俗的解释是两点间最短的距离不是直线，而是把空间弯曲，两点重叠，距离为零．也是根据相对论，空间的确是弯曲的，引力场越强，弯曲得越厉害．当然，宇宙间引力最强的地方是黑洞．这些大质量恒星的遗体具有极大的质量和极小的体积，使得表面脱离速度不是地球上的每秒7.9公里，而是超过了光速．这样一来，没有任何能量或物质能从黑洞出来（黑洞因而得名）．在巨大的引力场作用下，黑洞附近空间极度扭曲，如果飞船进入，可能溢出在另一个空间上非常遥远的地方．这种想法被称为虫洞理论，只是不知道人或人造物体如何在这样强的引力下幸存．另外，花几千或几万年时间飞向附近的黑洞也足够令人却步．在未来，人类也许可以找到自己制造空间弯曲的方法，从根本上绕过这个麻烦．
　　幻想永远先于实际应用，在科幻小说和游戏里，虫洞是个＂成熟＂的工具．太空堡垒故事里，刚被人类修复的太空堡垒一号在受到天顶星人攻击后开动了＂空间折叠＂引擎，从大气层跳跃到了冥王星（原计划是月球）轨道，把地球人和外星人都吓了一大跳．呵呵，经典的情节！人类的勇敢探索的精神在幻想和现实中不断闪耀，成为我们发展的原动力．
　　神舟飞船的成功令人激动万分，这几天脑海中一直翻涌着一些航天技术的主题，干脆把它们写出来跟朋友们交流．内容都是在课堂学到的和平时找感兴趣的杂志和资料时看到的．但愿能起抛砖引玉的作用吧．

航天技术的现在

　　现阶段，航天技术的核心是找到一种方法，克服地球引力把有效载荷送出大气层，并使之加速到至少每秒7.9公里的第一宇宙速度．由于宇宙空间接近真空，有效载荷不会因空气阻力而损失能量，就能无须补充能量而在环绕地球的轨道上运行了．人造地球卫星和神舟飞船就在这一位置上．同理，速度大于第二宇宙速度就能脱离地球引力，进入环绕太阳运行的轨道，而速度大于第三宇宙速度就能飞出太阳系了．

火箭技术：
　　为了达到第一宇宙速度，历史上人们设想了各种不同的方式，但最终成功付诸实现的是化学动力火箭，事实上，这也是现在唯一可行的技术．基本原理是燃烧化学燃料，然后向火箭后方喷射燃气，利用反作用力加速火箭．由于不需要象飞机一样借助空气，所以在宇宙空间一样适用．但是，用这种方法产生的推力与火箭本身的质量相比非常有限，所以在消耗掉一定的燃料后，原来储存燃料的箭体质量就成为了巨大负担．于是，多级火箭的想法就出现了．把火箭分级，每一级用完后就扔掉．这次运送神舟飞船入轨的长征２Ｆ＂神箭＂火箭，就是两级的火箭．这种技术是现在的运载火箭的主流．
　　根据使用的化学燃料，火箭引擎技术也各不相同．＂神箭＂使用的燃料是一种复杂的化学物质（我不是学化学的，没记错的话，是＂偏二甲肼＂）．它燃烧产生的能量高，对储存所需的温度和压力的要求不高，引擎技术也相对简单．在工程上有一条原则：能够完成给定的任务，系统越简单，可靠性就越高．以上是它的优点．缺点是这种燃料是有毒的，且有很强的腐蚀性（燃烧产物是无毒的）．所以发射场必须设在偏远的戈壁地区以减少污染带来的危害．我国现有运载火箭能把最多11吨的有效载荷送入低轨道（神舟飞船总质量为7.8吨），对于未来的发射任务，开发更大推力的火箭是必须的．
　　我国现在正在开发的新型火箭发动机是＂液氧－煤油＂引擎．这两种物质和燃烧产物都是无毒的，而且成本很低，但技术要复杂一些．其实这是原苏联已经成熟的火箭技术．苏联全盛时期，在地球轨道上运行的3000多个人造物体中有三分之二是苏联发射的，其中原因跟低成本的＂液氧－煤油＂火箭有很大关系．美国人说苏联用五金商店里就能买到的煤油发射了卫星，带着酸溜溜的羡慕．可想而知，我们的这项攻关具有巨大的意义．
　　现有火箭发动机中最复杂的是＂液氢－液氧＂引擎．氢氧燃烧产生水，干净无污染，且能量在三种燃料里里最大．但它同时也是技术最复杂，最昂贵的．我看过两份相互矛盾的报道，欧洲人说中国还不能制造这种火箭发动机，而另一份报道说中国长征火箭的第二级用的就是＂液氢－液氧＂引擎．究竟事实如何，还请高手赐教．

飞船和航天飞机：
　　飞船看起来完全不象飞机，联盟飞船也好，神舟飞船也好，返回仓就象一个返回式卫星．由于载人的关系，要求要高得多．整个巨大的飞船－火箭联合体，能回来的也就是这个返回仓了，而且它是不能重复使用的．神舟六号的返回仓就是一个全新的，现在好像正在装配（期待中！）．
　　美国人决定另辟途径，最终发明了航天飞机，1981年＂哥伦比亚＂号进行了成功的第一次试飞（现在它已香销玉陨）．航天飞机是部份可重复使用的航天器．核心部分载人轨道飞行器（航天飞机本身）设计使用寿命是一百次往返大气层，两侧的固体燃料助推器在上升到一定高度后分离，掉进海里，捞上来后也能重复使用（牛啊！）．中间巨大的液体燃料箱是一次性的，象普通火箭一样用完就仍了，掉进大气层烧毁．航天飞机的发射方式也跟火箭一样是垂直的，从这两个角度说，＂升级＂并不完整．但航天飞机也有很多明显的优点：
　　１．降落方式完美．由于具有飞机的气动外形，航天飞机可以在回归时控制在大气层内的飞行（不过是无动力飞行，因为没有航空引擎．而火箭引擎在这时候是关闭的），理论上可以准确降落在任何一个跑道够宽够长的机场．飞船着陆的可控性就差多了，这次神舟五号着陆点偏差只有4.8公里，已经非常精确，但跟航天飞机比还是相差很大的，不是同一种技术嘛。所以，飞船的着陆地点一般是戈壁或大海，然后等人来接。
    2．运载能力强．联盟ＴＭ飞船里能勉强挤下三名宇航员（老毛子个头又大，挺苦的）．神舟飞船里可以从容地容纳三名宇航员．而航天飞机的机组一般是七人，且空间宽敞．航天飞机的货仓也很大，最多可装下30吨的货物．
　　３．可以用来回收卫星．前面提到的优点，好处不是绝对的．降落地点其实谁也不能自由选择．飞船载人少，多发射几次也就是了．但回收卫星到目前为止还是航天飞机的绝活．没有航天飞机，任何非返回式卫星只能是有去无回．使用寿命到了，要么重入大气层烧毁，要么变成太空垃圾，一直在轨道上飘荡下去．对于航天飞机而言，任何可以放进货仓的卫星，原则上都可以带回地面．我在上小学的时候从科普读物里看到这点，心想如果美国人使坏，把我们的卫星抓回去怎么办．后来想终究是不怕的，只要在卫星上装上爆炸装置，美国人敢偷就崩他丫的．直道现在，想起那时候的创意还是忍俊不禁，呵呵．
　　美国人设计航天飞机的初衷是通过重复利用航天器节省成本，创造一种便宜的天地往返工具．但事情的发展还是偏离了计划．由于对部件的要求极为苛刻，且技术复杂，航天飞机不仅没能省钱，相反使用成本比一次性的飞船要贵很多！美国人为自己制造的优雅的航天器感到自豪，但很快发现实在用不起它．于是，航天飞机每年的升空次数只达到了计划的三分之一，而花费却超过了预期．尽管如此，美国人还是认为航天飞机必将淘汰传统的运载火箭，停止了普通运载火箭的开发．苏联用煤油作燃料的火箭发射了数量巨大的卫星，而美国则力不从心了．更糟的情况是，由于预算有限，并非每架航天飞机的配件都是齐全的．说得粗点，是＂两人合穿一条裤子，谁出门谁穿＂！挑战者号失事后，有人提出问题可能出现在：上一架航天飞机返回后，匆忙拆卸零件装上挑战者号以完成任务，精密的零件长时间暴露在空气沙尘中，又匆忙安装，结果出了问题．虽然事故原因并非如此，但这也的确够狼狈了．灾难发生后，由于没有运载火箭，美国人尴尬地发现，自己的卫星没法发射了．于是四处求助，当时中国才有可能为美国发射卫星．这段经历对美国来说实在难堪．之后，放弃了高傲，美国又开始发展运载火箭了．普通的货运发射，不是非要航天飞机不可的．最近美国宣布了发展德尔塔ＩＶ型火箭的计划，看来是现实多了．
　　我国的载人航天计划选择了飞船，还是很适合我国目前的财力和技术水平的．我认为，有可能的话，我们应该跳过航天飞机这一个台阶，直接发展它未来的替代者：航空航天飞机（空天飞机）．

航天技术的未来

航空航天飞机
　　航天飞机的发射过程其实还是挺老土的：垂直发射，最终丢弃燃料箱．未来的航空航天飞机可能完全具有飞机的形态，也不丢弃任何部分，在机场跑道水平起飞，用航空发动机（可能是冲压式喷气发动机）在大气层内飞行，在高度上升到航空发动机的极限时，开始使用火箭发动机加速到必要的速度，进入低轨道．设想不错，但实现相当复杂．现有冲压式喷气发动机和火箭发动机的效率都还不够，做不到不丢弃任何部分．在飞行中，任何一种发动机都是另一种的累赘．另一个问题是，这种方式在大气层内飞行的时间很长，对隔热材料的强度和耐久度要求更高，目前似乎还没有好办法．空天飞机的想法在八十年代就有了，可是到目前还是一个梦想．

核动力引擎
　　前一阵子看新闻，说是美国人要造核动力引擎了，吓了我一跳，以为技术上有了新的突破．仔细一看，正如有网友所说，是不折不扣的＂太空蒸汽机＂．受控核裂变技术现在已经相当成熟了，核反应堆到处都是嘛．做一个小的装在航天器上，用它产生的热能加热工质（比如水），然后控制高压蒸汽的喷射来给航天器加速．这种装置产生的推力还没有化学火箭大，在地面上甚至无法使火箭升空．它的但优点在于可以运行很长时间，在宇宙中日积月累，能为航天器加速不少．但是它的所能提供的能量和本身的质量相比还是太低，现有技术的瓶颈并不能靠它来突破．
　　什么是现有技术的瓶颈？比如，我们的航天英雄杨利伟在太空的一餐据说花费十几万．这决不是那些宫保鸡丁的成本，而是发射成本在这些质量的食物上的平摊．为什么那么贵？因为火箭消耗了大量燃料，而且箭体和火箭发动机全丢弃了．化学反应产生的能量有限，这样做纯属无奈．用它来实现载人登月已经是勉为其难（阿波罗计划后，人类再没有进行登月活动），载人登火星更是至今没有哪个国家搞得起的苦差事．而开发中的受控核聚变技术可能是产生飞跃的希望．
　　人类已经实现了人工核聚变，那就是氢弹．由于核聚变需要上亿度的温度和极大的压力，事实上是通过爆炸一颗小型原子弹来创造这个条件，从而使氢弹的氢同位素燃料产生聚变的．这种方式可以产生巨大的能量，但不能缩小规模，无法收集利用（除了破坏）．所以是＂不可控＂的．受控核聚变的研究已经进行了很长的时间，如果实现，不仅能从本质上解决能源供应的问题，还能提供一种效率非常高的航天引擎，使人类的脚步从地球－月球系统扩展到整个太阳系．
　　问题的焦点是如何不用原子弹而产生且＂平静＂地维持聚变需要的那几亿度的高温和巨大压力．我在上大学一二年级基础物理的时候有幸听老师介绍了两种可能的办法．
　　第一次是学完光学部分的时候．老师把书一合，说：＂你们学的其实都是线性光学，原理和公式只在不是很极端的条件下适用．非线性光学现在还是科研前沿，我不是搞这个的，所以也不很明白，我给你们组织了一次讲座，接触一下吧．＂讲座果然不同凡响，我估计是没人听得懂，高处不胜寒啊！我们的物理老师平时上课妙笔生花，眉飞色舞，是一个真正体会到物理学之美的人．但那时，他神情恭敬虔诚得就象个小学生，让人难忘．讲座里我唯一还有印像的内容就是用强激光实现受控核聚变．过程是这样的：把氢同位素做成极小的液体燃料球向指定区域发射，到位后用高能激光同时从各个方向对称轰击．结果是把外层燃料轰走，由于反作用力和激光的压力，内层燃料球急剧压缩，同时温度升高，在瞬间达到聚变反应的条件（这时候，燃料球内部的光学现象就是非线性的了）．这样的聚变固然只能维持很短的时间，但由于规模很小，所以是可控的．如果过程频率很高，也接近于连续反应了．可想而知，如果在一个封闭空间进行这样的反应，只留下一个方向使高能聚合物喷出，就能做成一台很好的航天发动机．这种方式的困难在于目前的高能激光技术．那么强的激光器还做不出来．就算勉强为之，产生激光过程中消耗的能量也大大高于从聚变中获取的能量．
　　另一次是上电磁场理论的时候，老师讲解＂磁塞＂理论时举的例子．也是为了维持在一个区域内核燃料的高温和高压．由于温度太高，任何固体材料都会被瞬间汽化电离，根本别想用一个容器维持稳定的反应空间．现在想的办法是用强磁场约束，因为在这样的高温下，物质全部电离了，而运动的带电粒子是可以用磁场中的洛仑兹力约束在一定空间的．这个问题甚至出现在一道习题里．理论上讲是可行的．困难是什么？我想你就是不知道也猜到了：没法有效维持那么强的磁场．现在产生磁场的办法无非是用通电线圈，电流越大磁场越强．但导线都有电阻，电流越大，在电阻上损耗的热能也越大．结果可能是把线圈烧化了也还差得远．不过最近我们又看到了希望的曙光－中国的＂人造太阳＂进入装配阶段了！用的就是这种方式的受控核聚变．而用于产生磁场的线圈是超导体！！在用超导材料做成的线圈上，因为没有电阻，无论电流多大，产生的热能为零！！所以，理论上可以获得强得多的稳定磁场而消耗很少（虽然问题又转移到如何有效维持超导态了）．这将是世界上第一次把超导材料用于受控核聚变装置．如果成功，意义绝不亚于神舟上天．呵呵，绕得有些远了，不是在讲航天发动机吗？设想一下，在磁场的特定区域人为把场强调低，使反应物质受控溢出，不就是一台喷射引擎吗？呵呵，这一点是我自己想的，方程肯定比我做过的习题难解得多，还要考虑动态补充燃料，似乎还不是现在应该考虑的问题，但希望总是有的，不是吗？

虫洞
　　越扯越远了，但存在的问题还是现实的．从现有知识出发，即使我们有了受控核聚变引擎，实现恒星际航行仍然是不现实的．根据相对论，这个客观世界的速度上限是光速，有静止质量的物体速度只能接近而无法达到光速．但是，恒星的距离是以光年为单位的，离我们最近的比邻星远在４光年之外．就算飞船以0.9倍光速飞行，一个来回也要九年．银河系的直径高达十万光年，用加速航行的方法是无法穿梭银河的．
　　虫洞的概念经常在科幻小说里出现，但无数没有公式的科普文章里发誓说至少在理论上是可行的（给我公式也看不懂）．通俗的解释是两点间最短的距离不是直线，而是把空间弯曲，两点重叠，距离为零．也是根据相对论，空间的确是弯曲的，引力场越强，弯曲得越厉害．当然，宇宙间引力最强的地方是黑洞．这些大质量恒星的遗体具有极大的质量和极小的体积，使得表面脱离速度不是地球上的每秒7.9公里，而是超过了光速．这样一来，没有任何能量或物质能从黑洞出来（黑洞因而得名）．在巨大的引力场作用下，黑洞附近空间极度扭曲，如果飞船进入，可能溢出在另一个空间上非常遥远的地方．这种想法被称为虫洞理论，只是不知道人或人造物体如何在这样强的引力下幸存．另外，花几千或几万年时间飞向附近的黑洞也足够令人却步．在未来，人类也许可以找到自己制造空间弯曲的方法，从根本上绕过这个麻烦．
　　幻想永远先于实际应用，在科幻小说和游戏里，虫洞是个＂成熟＂的工具．太空堡垒故事里，刚被人类修复的太空堡垒一号在受到天顶星人攻击后开动了＂空间折叠＂引擎，从大气层跳跃到了冥王星（原计划是月球）轨道，把地球人和外星人都吓了一大跳．呵呵，经典的情节！人类的勇敢探索的精神在幻想和现实中不断闪耀，成为我们发展的原动力．