光子火箭（photon rocket） 靠電磁輻射量子（光子）的定向流產生推力的光子發動機推進的火箭。光子火箭理論是在1953年提出的。根據愛因斯坦相對論定律，質量和能量相聯繫，質量可以轉化為動能。因此可利用物質-反物質湮沒反應把質量完全轉化為動能。正電子和電子結合湮沒產生兩個或多個γ射線（光子），質子和反質子結合湮沒產生兩個或多個介子，這些介子不穩定，很快衰變成電子（或正電子）和中微子。介子、電子和正電子是帶電的，在強電場作用下以等於光速（或接近光速）的速度噴射，從而產生推力。光子火箭發動機理論上具有最高效能和比沖，它的主要結構部件是光子源。為了在光子源中獲得足夠大的光壓，需要有50000-250000K的高溫。現代技術尚未解決如此高溫的問題，光子火箭尚處於探索階段。
基本介紹
- 中文名：光子火箭
- 外文名：Photon rocket
- 領域：航天技術
簡介,原理構想,結構原理,技術難題,目前狀況,
簡介
光子火箭的主要推進系統是一面直徑達幾十平方千米的巨大凹面反射鏡。發動機工作時，將正氫和反氫引到凹面鏡的焦點處，它們在那裡相遇湮滅，產生光子。向各個方向發射的光子，經過反射鏡的反射，形成一股向後噴射的光子流，它們的反作用力推動飛船加速飛行。
原理構想
以往的各種效率高和工作時間長的火箭和非火箭動力，使宇宙飛船達到的最大速度，也只有15千米/秒。到最近的恆星比鄰星周圍飛一個來回，仍需要17萬年的時間，到天狼星則要35萬年，而到距地球分別為16.63和26.3光年的牛郎星和織女星，則需要近100萬年的時間，要繞銀河系一圈更是需要不可想像的30多億年的時間。因此，要實現宇宙航行的理想，還需尋找新的動力來加快航行的速度。
那么，什麼樣的排氣速度最高昵?人們自然會想到光子。因為愛因斯坦的相對論告訴我們，宇宙中一切物質的運動速度，以光速為最快，達30萬千米/秒。如果能讓火箭發動機向後噴射光子，自然可使火箭和火箭運送的宇宙飛船，以接近光速的速度飛行。
那么，如何讓火箭噴射光子呢?即如何在火箭發動機中產生光子，然後向後噴射呢?早在20世紀50年代奧地利科學家尤金·桑格爾就提出了光子火箭的構想。在反物質火箭中，正反物質相遇時雙雙湮滅，除釋放熱能外還放出的光子，反物質火箭只利用了湮滅反應放出的熱能。那么，它放出光子，不正是光子火箭所需要的動力能源嗎？桑格爾正是這樣想的。他構想用氫(質子)和反氫(反質子)相遇湮滅來產生光子。
桑格爾構想的用光子火箭推動宇宙飛船，由三部分組成。最前面是密封座艙，是太空人工作和生活的地方，中間部分是正氫和反氫貯箱，最後面是光子火箭發動機。由於正氫和反氫相遇湮滅時會產生強烈的能量輻射，因此，在生活、工作區與正氫、反氫貯箱之間設有防護屏，以免人員、儀器設備、動植物等遭受輻射傷害。
光子火箭構想圖結構原理
那么，光子從哪裡來呢？我們知道，物質是由原子構成的，原子是由質子、中子組成的原子核和外圍電子構成的。質子、中子和電子都有它對應的反質子、反中子、反電子等反粒子存在。正粒子組成正物質，就是我們日常接觸的各種物質。各種反粒子組成反物質。而正電子與反電子一旦相遇，就會湮滅，放出光子，同時釋放出大量的能量。光子火箭就是利用正電子和反電子的湮滅來產生光子。根據相對論能量定律，即質量和能量不僅相聯繫而且不可分割，質量可以全部轉化為能量。當正反電子相互湮滅時會產生光子，並以接近光速的速度前進，從而產生推力。
技術難題
雖然科學家已可以在實驗中製造出反質子(反氫)，但要造大量的反質子，僅僅是所有消耗的能量，就是無法承受的。同時，製造出來的大量反氫，還有貯存和運輸等許多技術上的問題。就是製造和裝配出合格的巨大反射鏡，也是一件十分困難的事。
光子火箭是很有希望實現恆星際航行的動力裝置，然而工程問題又難以解決。比如，光子火箭噴射出的光子束能量極大，只要有百萬分之一的熱量泄漏給飛船，就足以將飛船燒毀。又如，光子火箭噴射出的巨額能量會給地球環境造成嚴重的破壞，因此光子火箭推進的宇宙飛船必須遠離地球才能確保全全。
目前狀況
目前，有好幾個研究小組正在研究光子火箭，如美國的馬歇爾大空飛行中心和休斯實驗室。預計2040-2050年光子火箭有可能投入實際套用。
