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出版者:Kluwer Academic Publishers

作者:Nazri, Gholam-Abbas 编

出品人:

页数:732

译者:

出版时间:2003-11

价格:$ 383.07

装帧:HRD

isbn号码:9781402076282

丛书系列:

图书标签:

• 锂电池
• 储能
• 新能源
• 电化学
• 材料科学
• 电池技术
• 可充电电池
• 便携电源
• 电动汽车
• 能源

浩瀚星河的航向：宇宙探索与未来能源的史诗 图书名称：《星际信标：宇宙文明的能源密码与航行之道》 图书简介： 本书并非一部关于特定化学元素的探讨，而是将视角投向了人类文明最宏大的命题——如何跨越无垠的星际空间，抵达遥远的彼岸？ 《星际信标》是一部宏伟的、跨学科的巨著，它深入剖析了人类在未来数个世纪内，进行深空探索所必须面对的能源学、推进技术、生命维持系统以及星际社会构建等一系列复杂议题。 我们不再局限于地球上的化学反应或单一材料的性能分析，而是将目光聚焦于宇宙尺度的能量获取与高效利用。全书分为五大部分，层层递进，构建了一个完整而严谨的星际航行蓝图。 --- 第一部分：超越光速的遐想与现实——深空推进的物理学边界 本篇的核心议题，在于打破太阳系引力束缚所需的革命性动力。我们详尽考察了当前理论物理学的前沿进展，以及它们在实际工程中可能展现的潜力与限制。 1. 零点能与真空能的采集机制： 我们探讨了理论上如何从量子真空中提取能量，这种能量的密度与持续性对于驱动星际飞船至关重要。书中详细分析了卡西米尔效应的宏观应用潜力，以及构建能够稳定从时空结构中“汲取”能量的场发生器的设想。这部分内容完全基于广义相对论和量子场论的最新模型推演，摒弃了传统化学燃料的思维定式。 2. 反物质反应堆的工程学挑战： 反物质湮灭被公认为效率最高的能量转化方式。然而，本书深入研究的重点并非湮灭本身，而是如何安全、可持续地制造、储存和控制大量反物质。我们分析了兆伏级磁约束场的设计细节，探讨了在超长任务周期中，如何应对粒子衰变和容器壁的损伤问题。书中甚至设想了一种基于高维物理学的“反物质生成工厂”，以解决当前粒子加速器效率低下的瓶颈。 3. 惯性约束聚变（ICF）的星际优化版： 传统的D-T聚变因其反应堆体积和辐射屏蔽的难度，难以用于小型化深空探测器。本章转而研究Aneutronic Fusion（无中子聚变），特别是利用氦-3或硼-11作为燃料的闭合循环系统。我们详细阐述了磁镜约束、仿星器设计在低重力环境下的适应性调整，以及如何利用反应堆产生的等离子体直接进行磁场推力（Magsail）的效率模型。 --- 第二部分：能量的转化与分配——巨型结构对能量的需求 星际航行不仅需要强大的推力，还需要为复杂的生命维持系统和信息处理系统提供稳定且充沛的能源。本部分聚焦于能量如何在飞船内部进行高效的层级分配。 1. 高温超导电网与能量传输效率： 探讨了在极低温和高辐射的宇宙环境中，建立高效、无损耗的电力传输网络的技术路线。书中引入了“拓扑绝缘体”材料在电缆核心层的应用模型，以期在超导临界温度的波动下保持零电阻状态。 2. 任务周期下的能量冗余与损耗预测： 面对跨越数十年乃至数百年的任务，能量系统的可靠性是存亡之基。我们建立了复杂的蒙特卡洛模拟模型，评估了微流星体撞击、宇宙射线诱导材料疲劳对反应堆核心性能的影响，并设计了自修复式能量缓冲系统，确保能源供应的平滑过渡。 3. 动态能源管理系统（DEMS）： 阐述了一种基于人工智能的能源调度框架。该系统能够实时预测飞船姿态、推进需求、生命支持负载，并动态调整各个子系统的供电优先级，避免关键时刻因能量分配不均而导致任务失败。 --- 第三部分：恒星际尺度下的资源获取——宇宙采矿与在轨制造 抵达目标星系往往需要极长的时间，单靠初始携带的资源是不可行的。本书提出了“取之于宇，用之于宇”的能源哲学。 1. 小行星带的氦-3富集技术： 针对太阳系内潜在的能源矿藏，我们分析了通过激光烧蚀和电磁捕获技术，大规模采集富含轻元素的近地小行星（NEA）的方案。重点在于如何设计适应零重力环境的、模块化的处理站。 2. 恒星风捕获与引力弹弓效应的能源化： 对于已经脱离母星系的飞船，如何利用目标星系恒星所释放的巨大能量流？本章详细阐述了“光帆”与“磁帆”结合体的优化设计，使其不仅仅作为推进工具，更作为一个巨大的“能量接收器”，为返航或近距离机动提供辅助动力。 3. 空间资源的原位利用（ISRU）的极端化： 探讨了如何利用星际尘埃、彗星冰体，通过高效的化学分解和等离子体提纯技术，就地制造反应推进剂或电池级材料，从而极大地减轻飞船的初始质量负担。 --- 第四部分：生命与信息的永续——能源驱动的生态循环 能源的最终目的，是维持船员的生存与文明信息的传递。 1. 闭环生态系统的能量耦合： 详细解析了如何将高能反应堆的余热，无缝耦合到生物再生生命支持系统（BLSS）中，以维持微生物反应器、水循环和大气平衡所需的精确温度梯度。我们研究了基于生物电化学的辅助能源系统，作为主反应堆故障时的最后一道防线。 2. 远距离通信的能耗优化： 超远距离的量子纠缠通信虽然速度快，但其建立和维持所需的初始高能脉冲是天文数字。本书提出了“能量聚焦阵列”的概念，利用引力透镜效应辅助信号传输，以在不显著增加发射功率的前提下，保证信息流的完整性。 --- 第五部分：社会学与能耗伦理——星际文明的未来 在拥有近乎无限的宇宙能源后，人类如何分配和使用它？这涉及深远的伦理考量。 本书最后一部分探讨了在一个能源不再稀缺的未来社会中，如何避免“能源浪费主义”的出现。我们提出了“熵增限制性”能源配额系统，确保资源消耗速率始终低于系统自我修复速率，从而保障文明的长期稳定。 《星际信标：宇宙文明的能源密码与航行之道》，是一部面向所有心怀星辰大海的工程师、物理学家、哲学家和未来学家的指南。它描绘的不是一蹴而就的技术奇迹，而是需要世代人努力才能实现的，基于对宇宙能量本质深刻理解的，宏伟航程。

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