在太阳系内自由航行

  吴　 志  

提要：这篇文章解决了人类太空远航的几个关键问题：①重力模仿问题。②速度提升问题。③距离太远问题。④时间太长问题。⑤孤独乏味问题（搞不好宇航员会发疯）。⑥骨质流失问题。⑦肌肉萎缩问题。⑧旅途安全问题。这些问题的解决，在于突破了几个思想障碍：一是重力不能模仿，至少不是当代科学能做到的。二是加速不能持久，时间稍长人就受不了。三是以加速飞行为主不敢想象，陷入恒速飞行的思想框框。四是速度难以突破，认为第三宇宙速度已是极限。五是动力飞行不可想象，习惯于借助惯性或太阳、行星引力飞行。六是自带“大油箱”飞行不可想象，习惯于带个“小油瓶”飞行。这篇文章很重要，赋予人类在太阳系、银河系和整个宇宙中自由飞翔的能力。也就是说，我赠送给人类的礼物是整个宇宙！科学没有国界，谁重视，谁采纳，谁受益。只要部分采纳，就能在两三年内载人飞往火星，一天到达，不是梦想。

在太阳系内自由航行是指在太阳、行星、卫星、小行星带、柯伊伯带、奥尔特云之间自由穿梭，包括载人飞船和无人飞行器。所谓自由，是摆脱距离、速度、空间和时间的限制，确保一年之内就能来回，而且飞行得自在舒适，真正像旅行那么愉快。能做到这样，人类也就征服太阳系了。

征服首先是到达，然后是考察，最后是移民，就像欧洲人征服美洲新大陆一样。第一阶段，把人类送到太阳系所有行星和一些重点卫星，能降落的就降落，不能降落的就低轨观察。路程遥远不是问题，把飞船速度提起来就成，可以加速到每秒几十公里、几百公里、几千公里，近的行星几天就能飞到，远的行星一个月也能飞到。在太空中，一秒就从广州飞到北京，也不算太快，完全能做到。

在太阳系内飞行或飞出太阳系，加速是一个持续过程，几小时、十几小时、几天、十几天、几十天、几个月、几年都有可能，甚至整个飞行基本都是加速的。加速度设定为9.8米/秒²，这样刚好能模仿出地球重力，前行面就可以作为地面了，前行面指面向前方的面，后退面指面向后方的面。在仿重力下飞行，人就会轻松很多，也不会存在骨质疏松和肌肉萎缩的问题。更重要的是，在人体承受范围内获得加速度，可以恒久加速，从而大幅减少飞行时间，加速不久速度就可达每秒几千、几万公里，甚至更快，可以计算一下的。

加速一分钟速度：V＝9.8米/秒² ×60秒＝0.588公里/秒

加速一小时速度：V＝9.8米/秒² ×3600秒＝35.28公里/秒

加速一天速度：V＝9.8米/秒² ×86400秒＝846.72公里/秒

加速两天速度：V＝9.8米/秒² ×172800秒＝1693.44公里/秒

加速三天速度：V＝9.8米/秒² ×259200秒＝2540.16公里/秒

加速30天速度：25400公里/秒

加速354天速度：光速

由于飞船是在地球轨道上起步的，初速是7.9公里/秒，上述时间都要减去13.4分钟。

假如一直加速，飞到火星要多少时间？公式是：

T是时间，s是距离，g是加速度，等于地球重力加速度。地球到火星最近距离5500万公里，按上述公式计算，飞到火星大约需要29个小时，到火星转一圈回来，两天半不到。以后飞往太阳系外，也可以这样飞行。光速是可以超越的，上帝没有规定光速不能突破，他让我转告人类，你想飞多快，就能飞多快。

在这里，要对飞船太空加速原理探讨一下。在平坦马路开车，稳住油门就会匀速前进，因为汽车冲力抵消了空气和地面阻力后，还高出一个恒定值，汽车就以恒定速度前进了。若加大油门，汽车冲力增加，空气阻力也增加，本应更难稳定在更高速度上，必须把油门踩得更低。实际上不是这样，轻点油门，汽车呼的一下就窜上去了，再稳住油门汽车就稳住高速。为什么呢？因为汽车是在较高速度上提速的，可以借助原有惯性。

那么飞船在太空中加速呢？假如飞船是在绕地轨道，以第一宇宙速度7.9公里/秒飞行，这是地球引力提供的速度，也可以理解为惯性速度。当飞船上的火箭点火，稳定做功，飞船获得额外动力，速度持续增加，这意味着获得的是加速度，而不是等速度。为什么获得的是加速度？一是无需克服阻力。二是惯性速度叠加。比如，火箭点火一分钟，速度提升到8.9公里/秒，火箭关机，此时飞船速度是8.9公里/秒，并保持这个速度不变。火箭第二次点火一分钟，速度提升到9.9公里/秒，火箭关机，此时飞船速度是9.9公里/秒，并保持这个速度不变。假如火箭一直工作，飞船就是持续加速。

这与自由落体加速道理一致。物体在地球引力作用下，从空中自由下落，地球引力是恒定的，但物体下落却是加速度的，就是因为惯性速度叠加。运动物体惯性形成后，引力或推力依然在，惯性速度发生叠加，即速度越来越快，不断增加，这是第三十六大运动定律（第1－3运动定律来自牛顿，第4－36运动定律来自本人）。不要小看这句话，人类就靠这句话征服太阳系、银河系和整个宇宙。

只要火箭稳定做功，飞船就获得恒定加速度。飞船达到多大速度，就永久拥有多大速度，惯性速度只增不减，越来越快，飞船也越来越快。这样让火箭保持在9.8/秒²的加速度就很容易了，只要稳住“油门”就行。在地球上，火箭把飞船送入轨道，只需工作十几分钟，这段时间是不断加速度的。之所以需要巨大的三级火箭才能把速度提升到7.9公里/秒，是因为要克服地球引力，在太空中很小的火箭就能起到同等功效。为了节省燃料，火箭可以间歇工作，充分利用惯性速度，也可以在提速到期望值后，比如2000公里/秒，就关闭火箭，利用惯性飞行。

我在其他文章中论述过，惯性速度是会衰减的，但从旅行者1号和旅行者2号的飞行情况来看，在太空中速度衰减比较慢，动力飞行时可以忽略不计，但若想依靠惯性作长途旅行就要考虑惯性衰减问题了。

万一在旅途中燃料用完了呢？不用怕，能回来，惯性速度还在，有每秒500、1000或2000公里以上的速度，还怕回不来？其中几小罐燃料是严禁动用的，用于回程时修正航向和降落时减速。飞船速度那么快，从地球赶来救援也快啊，几小时或几天到达，也没有什么可怕的，在自己的飞船上玩几天呗。将来，要有专门的救援飞船，速度特别快，东西特别全，载人足够多，修理能力强，能应付一时之需。

在太空长途旅行，最好在途中补充燃料。氢燃烧效率很高，也是宇宙普遍存在的燃料，还可以作为核聚变的燃料，假如发动机可以制造小型可控核聚变的话。几乎任何一个恒星都有氢，如果没有能力从恒星取氢，就从恒星外围行星取氢，几乎任何一个恒星都有外行星。比如，在太阳系就可以到木星、土星、天王星和海王星取氢，氢是构成这些天体的主要成分，取之不尽，用之不竭。木星高层大气氢分子占88-92%，若以质量计算占75%，木星平均密度为1326公斤/立方米，核心密度约为1600公斤/立方米，里外密度相差不是太大。在10个地球大气压处视为木星表面，温度为-168℃，在这里氢的密度可能比地球液态氢密度更高，液态氢的密度是70.8公斤/立方米。因此，飞船取氢不是难事，就看是提取气体氢、液体氢还是金属氢。

木星引力较大，浮力也大，引力是地球的2.5倍，浮力可能相当于地球海洋。取氢飞船从木星大气层合适高度穿过或绕飞几圈，就能收集到足够的氢了。氢气高速冲入氢罐后，在罐内压缩和冷冻为液态。压缩不成问题，氢气高速冲进罐内本身就处于受压状态，入口最好是漏斗形的；制冷不成问题，在太空中温度是接近绝对零度的，比木星表面冷很多。你不制冷它也冷，打开氢罐在木星外围飞一会，再一头扎进木星大气层，罐内温度就是接近绝对零度了，大约是-270℃，氢的液化温度是-253℃，氢气进来后自动液化。不过，最好是在大气密度为70.8公斤/立方米处飞过，这样进来的就是液氢了。在飞船上最好有两艘专门取氢的小飞船，必要时救生艇、登陆艇和母船也能下去取氢。

如果考察时间长达半年或一年以上，就要考虑飞船的舒适性、全能性和社会性了。不妨把飞船做得足够大，可以在轨道上组装，有足够的空间、燃料、食品、氧气和水就不怕远航了。太空飞船要做多大呢？假如是地球上的一座房子，面积1000平方米以上，体积3000立方米以上，也就是说，面积相当于2.38个篮球场。有的舱室是花园，有的舱室是运动场，有的舱室是餐饮厅，有的舱室是图书馆（有人与书固定装置），有的舱室是视听馆，有的舱室是蔬果种植园（利用阳光或灯光种植），还有科研舱、观察舱、办公舱、会议舱、娱乐舱、医疗舱、沐浴舱、卫生舱、厨房舱、食物舱、淡水舱、氧气舱、工具舱、配件舱、材料舱、燃料舱等，有厨师为大家提供各种热食。每个人都有独立房间，是夫妻或情侣的还有套间。人在各舱室之间“游泳”穿梭，这也是一种运动，还要安排踩单车运动，这是为了保持下肢的肌肉。凡是运动量不够的，可在运动场“游泳”一段时间，做划水和蹬踢的动作，或者做一套太空健身操。

在太空中远航还要考虑飞行船的安全性。飞船有高灵敏、远距离、自动化探测雷达和天文望远镜，能监测到周围的小型天体，尤其一些石块，发现危险飞船能自动规避。飞船外层有多层防撞外壳，包括刚性壳和柔性壳，柔性壳可以是橡胶，比如一米厚的橡胶，再加一层防弹背心材料，但要保持在室温下，不然橡胶会发硬、变脆、老化，飞船有一个透明外罩就行了。刚性壳是延伸性较好的特种钢，遇到冲击力会发生变形，但不容易穿透。还有像坦克外挂那样的主动爆炸装甲，被太空石头击中前的瞬间，主动跳起来爆炸，与石头一起化为尘埃。

各舱室有自动密闭舱门，人游近时自动打开，人游离后自动关闭，完全不影响人的运动。万一有一个舱室被击穿，也不影响飞船总体安全。还可以修复损坏舱室，有一套修复工具和材料，能很快把破洞堵上。还有两艘逃生艇和两艘登陆艇，登陆艇用于派人向行星、卫星和小行星登陆；逃生艇用于全部乘员逃回地球，或逃到预先部署在各处环太阳轨道、环行星轨道的大型备用飞船。也可以提前向目标星发射一艘备用飞船过去。比如，要考察木星及卫星，可以提前发送一艘到木星轨道，另一艘发送到火星轨道，这样就万无一失了。

各舱都有自动防爆防火装置，尤其燃料舱和发动机舱，使用的是低敏燃料，厨房用的明火烧不着，在发动机内的特殊条件下，才能燃烧和工作，确保飞船不发生火灾。发动机工作异常自动关机，发动机舱温度异常自动关机和灭火。厨房最好是烧电，飞船自备发电机。各舱室从内到外都用防火材料做成，都是烧不着的，包括床上用品和日用品也是烧不着的。当然，床铺还是需要的，尽量按地球的习惯生活。

飞船内有50－100人，各种职位，各种角色，包括船长、大副、驾驶员、领航员、科学家、工程师、技术员、修理工、医生、厨师、演员等，这些人都可以把配偶带上去，也就是说有家属上船，如果儿女也要跟上去呢？视情况是否批准。在飞船上有正常的作息制度，就像在地球上一样。晚上加班也可以，第二天起不来要提前请假或留言。只要身体感到不适，随时可以请假休息，不需要其他理由，人在船上也是工作。

各舱室就像一个个房间，球形、圆筒形、立方形或长立方形等，以宇航员感到舒适自在为追求目标，最好还是像地球房间那样方形或长方形。任何一面都可以成为天花、地面或墙壁，在太空飞行中是可变的，因此室内陈设要简单、固定、可调。

看来，太空远航,万事具备,只欠东风。不过爱因斯坦站出来捣乱了，他说速度越快，质量越大，接近光速时质量无限大，无论是粒子、物体或天体。这个说法本身就有矛盾，这三种东西怎么能一样呢？光子是以光速飞行的，质量无限大了吗？电线中的电子是以光速流动的，质量无限大了吗？你是怎么称出它们质量无限大的？公式不是万能的，只是人类发明的一种方法，但不一定能准确量度宇宙和描述事物。

如果你相信爱因斯坦，那就回家洗洗睡吧，我从来不信这个邪。科学可以出错，受众不能盲信，不能把错误理论吹捧为伟大真理。根据我的第六运动定律，速度是相对的，有参照物才有速度，飞船在太空中运动，可以视为静止的，无论速度多快都可以视为静止的。飞船上的人也是这个感觉，飞船上的发动机也是这个感觉，它向飞船发力做功，是静物推静物，不存在质量增加的问题。前方的火星和后方的地球都很遥远，视为虚无，不与飞船构成相对运动。不视为虚无也行，一前一后，速度抵消，还是虚无。太空飞行，虚化远方天体是必须的，不然宇宙中的天体都是你的参照物，你就飞不动了。

让我们分析一下飞船的飞行情况。飞船没有变化，只是随着油量消耗重量减少，这有利于速度提高。火箭发动机没有变化，正常、持续、稳定地输出功率。加速度没有变化，持续地按9.8米/秒²加速。唯一值得重视的是飞船速度发生变化，速度越来越高，高到难以想象，但在飞船内依然如故，什么都没发生；在飞船外是真空，不会干扰和阻挡飞船前进，高速飞行不成问题，速度高只是相对于地球和目标星而已，它们远在天边，不会拉飞船后腿，也不会阻挡飞船前进。因此，没有任何力量阻挡飞船高速前进。如果说，高速带来质量增加，那么额外的质量从哪来？能量是守恒的，质量也是守恒的，不可能平白无故多出质量。

速度与质量无关，风马牛不相及。质量是特定空间内的物质多少，这与运动速度有什么关系呢？这是直觉告诉我们的常识，常识比复杂理论更接近真理，真理从来都是简单的。因此，飞船可以无限加速下去，而且不需要加大“油门”。上帝早就为人类遨游宇宙设计好客观规律了，人类不必受爱因斯坦干扰和束缚。关于飞船可以无限加速问题，我在《生命是什么？》中有过论述。

如果还是相信爱因斯坦，可以做一个太空实验：让飞船在绕地轨道上点火，稳住火箭输出功率，看看飞船是恒速的还是加速的，加速一小时或一天后加速度度是否依然如故。如果加速度不变，说明我的理论正确；如果加速度衰减，说明爱因斯坦正确。看轨道变化就知道了，轨道趋于弯曲速度衰减，轨道趋于平直速度增加，越来越直就是越来越快，说明加速度保持恒定，不会因为“速度加快、质量增加”而衰减。

宇宙可以视为真空，几乎没有阻力，可以把远征太空飞船做得比较大，“耗油量”也不会增加太多，只要惯性起来了，就可以四两拨千斤推动前进了。就像一列火车，静止时很难推动，如果速度到了三百公里，稍给点油就风驰电掣了。可见，飞船持续加速或持续减速不成问题。必须树立一个观念，加速是一个持续过程，减速也是一个持续过程。减速时“地面”就倒过来了，原来的天花变成了地面。减速也以模仿出地球重力为标准。要尽量自动驾驶，特殊情况转为手动。

为了安全起见，也可以先在距离地球几十万公里处绕地飞行，达到预定速度后关机飞往其他星球。惯性速度以平均每秒2000公里计算，飞到火星只需要7.6小时，当天来回没问题，飞到木星需要3.6天，飞到冥王星需要24.7天。去近的行星就像在地球坐飞机，从这个城市飞到那个城市；去远的行星就像在地球坐轮船，横穿大洋从此岸到彼岸。

飞船就像一个孤岛，有一群人在孤岛上生活，也是轻松愉快、度日如日的，如果玩得开心那就是度年如日了。飞船外层是透明玻璃（塑料）罩，罩下种满花草树木，利用阳光或灯光生长，就像一个大公园。飞船形成重力后，在飞行方向上有一池水，既是景观，也可以游泳。这样的飞船，真像一个世外桃园，令人向往，估计报名者众。人数多一点，是想在飞船上营造出一个小型社会，把亲情、爱情、友情带上船，人类离不开这些东西，这样可以创造一个更好的工作环境。考察任何一个行星或卫星，都不是几天就可以的，一次考察持续几个月是正常的，甚至会持续几年。飞出太阳系，去最近的恒星，最少也得几年。

早期的飞船可以简单一些，小型一些，只要速度能提起来就可以，只载两三个人去探险，关键是要带够燃料。带燃料飞行与不带燃料飞行有极大不同，过去的飞船只带极少燃料，用于变轨和降落时刹车，现在是燃料占大头，首先要解决安全问题，确保飞行途中不发生燃烧和爆炸，否则飞船和宇航员就变成小行星了。

这篇文章，是对未来飞船的构想和论证，部分内容属于设计范畴。在技术设计上，让我引入一个新概念：技术设计分为总体设计和具体设计。总体设计是战略性设计，提出构想，勾勒草图，要求在原理上能行得通；具体设计是战术设计，具体落实，精确画图，要求在细节上不能出错。两者都属创造性劳动，但战略重于战术。战略设计和战术设计都可以体现在一篇论文中。设计思想用论文表现出来，就属于技术科学；用产品表现出来，就属于产品技术。本文属于战略设计论文，飞船的总体轮廓和各个部分都勾勒出来了。千万不要说我是外行，我设计的飞船，从来没人想过，更无人做过。一种从来未被想过和做过的新产品，必然是由“外行”设计出来的，就像乔布斯发明了苹果，莱特兄弟发明了飞机。

我对未来宇宙飞船的设计，是开拓性、革命性的设计。第一代载人飞行器是在空气中飞行的飞机；第二代载人飞行器是在地球系飞行的飞船（包括航天飞机），即能在地球轨道上飞行，月球是在地球轨道飞行的天体，登月就好比飞船进入空间站，还没有飞出地球系的；第三代载人飞行器是在太阳系飞行的飞船；第四代载人飞行器是在银河系飞行的飞船。我设计的宇宙飞船属于第三代和第四代，一船跨两代，飞到附近的恒星没问题，飞到更远的恒星也不需要进行革命性的改进，只是动力和燃料有所不同，即有可能是用核能，这篇文章也提到了可以用核能。

                           2018年7月30日

  【增加】飞船可以不落地，停泊在空间站或轨道上。如果想落地，伸出一对翅膀，或者在空间站装上一对翅膀，就可以像航天飞机一样重返大气层和着陆了。

【打假】下面这篇于2019年4月2日发表在百度网站的文章(部分截图），原网站和作者是“宇宙往事”，标注为原创，但在通篇科学原理是抄袭了本人原创的航天理论：飞船可以带动力飞行，不断按地球重力加速度9.8米/秒²加速飞行，并模仿出地球重力，可以长久加速，快到目的地再减速，这样就极大减少了飞行时间。

由于作者没有标明出处，涉及抄袭、剽窃和侵权，若不在原网站用大篇幅文章公开道歉并让本人知道，本人将追究作者和相关网站的法律责任，并提出巨额经济赔偿诉求。