我正在展示Russell Borogove出色的 answer的計算方法。

您已要求將物體加速到光速的0.1倍。數學上， $$ \ left（\ frac {\ Delta v} {c} \ right）= 0.1 $$ span>

排氣速度離子推進器的class =“ math-container”> $ v_e $ span>為20-50 km / s。讓我們選擇 $ v_e = 30,000 \ text {m / s} $ span>，這樣 $$ \ left（\ frac {v_e} {c} \ right）= 10 ^ {-4} $$ span>

我們假設有效載荷的質量為1千克： $$ m_1 = 1 \ text {kg} $$ span>

火箭方程的相對論形式為 $$ \ Delta v = c \ tanh \ left（\ frac {v_e} {c} \ ln \ frac {m_0} {m_1} \ right）$$ span>

求解初始（加油）火箭質量 $ m_0 $ span>， $$ m_0 = m_1 e ^ {\ left（\ frac {c} {v_e} \ right）\ tanh ^ {-1} \ left（\ frac {\ Delta v} {c} \ right）} = 1 \ text {kg} e ^ {10 ^ 4 \ tanh ^ {-1} 0.1} \ approx 10 ^ {435} \ text {kg} $$ span>

可觀察到的宇宙的質量估計僅為1.5x10 $ ^ {53} $ span> kg。

我要說不。

不。

光速的10％約為30,000,000 m / s。迄今為止，我們最快的太空探測器“新視野”以不到該速度1/1000的速度離開地球。有了大型推進劑儲罐和高效的離子推進器，我們可以達到300,000 m / s的速度，大約是光速的1％的十分之一。由於火箭方程的指數性質，要達到更高的速度，就需要成倍數量的推進劑。

突破星空聲稱能夠達到0.15c至0.2c。但是，該概念基於大量的微型探針（厘米級）。它們將由“地面”激光推進；機載推進劑沒有規避火箭方程式的暴政。突破性Starshot取決於許多尚不可用或足夠先進的技術，無法滿足所需的參數。對於相對論的太空飛行，如果您數十年來衡量“接近”，那似乎是最接近今天的事情。

是的，具有核脈衝推進力。

最快的人造物體是“護罩”，用於掩蓋一個核爆試驗場，時速 125,000英里/小時一個>。對於設計為使用核彈進行推進的航天器，有人建議可以用現代技術製造可以達到0.1c的航天器，儘管這樣做首先需要解決一些工程難題。例如，NASA的 Longshot項目的計算得出，去往半人馬座阿爾法峰時最高速度為.045c，如果使用所有燃料，其最高速度可能約為其兩倍。無需減速。

鑑於顯然沒有為此削減火箭，我覺得很奇怪，儘管在評論中有幾處提及，但《突破星空》在這裡並沒有引起更多討論，儘管這實際上是我想到的第一件事當我看到這個問題。這就導致人們自然地考慮了波束推進的技術水平，因為這與這裡的意義有關。

波束推進當然通過繞過火箭方程來繞開火箭方程。地面上的燃料，因此“製造必須通過舉升的燃料將舉升的燃料提升到……”的業務不再適用。

現在，最簡單的方法是確實，“束縛式推進”是一種激光，實際上，BTSS的目的就是完全使用這種推進。鑑於預計BTSS不會在大約50年或更久的時間內取得成果（iirc），那麼根據您的定義，這不是現在，但是鑑於帖子至少已經研究了使用現有火箭的可行性，我發現嘗試對激光束推進的現有可能性進行至少類似的粗略分析是公平的。

光束推進當然基於光承載動量，能量和能量的原理。因此，如果適當地將其對準飛行器，則會在其上產生力（動量傳遞）。相關方程式是愛因斯坦的

$$ p = \ frac {E} {c} $$ span>

，其中 $ E $ span>是光束中的能量。如果航天器是理想的反射器，則由於光束被反射回去，因此它將設法獲得兩倍的採集量，並且由於動量守恆，後向反射必須由等於整個原始光束的額外向前動量平衡。 / p>

請注意，當然，分母中存在 $ c $ span>因子，以人為單位，這是一個巨大的數字：因此，即使適度的能量只會產生一點額外的動量，因此，航天器的加速度極小。特別是，對於一般的相對論宇宙飛船，使用 $ p = \ gamma mv $ span>，我們看到加速加速所需的能量。 $ v $ span>是

$$ E_ \ mathrm {accel} = \ frac {\ gamma mc v} {2} $$ span >

用於理想反射情況。同樣，如果我們分配了一定的能量並希望達到目標速度，則可以計算出最大質量：

$$ m_ \ mathrm {max} = \ frac {2E} {c \ gamma v} $$ span>

那麼我們可以合理地聚集多少激光能量？好吧，很顯然，可以追溯到1980年代的一種激光器叫做“ MIRACL”，它是一種化學氣體動力學激光器，這意味著它不是由電力直接提供燃料一種特殊的化學燃料，其峰值功率超過1 MW，燃燒時間達到70 s，這意味著您可以使用70 MJ。

自從建造以來，它可能會再次出現，甚至可能會更好現在。因此，我想說-儘管我不知道這是否是現在的最新狀態-對於“今天”來說，這絕對是一個合理的值。假設我們製造了100台這樣的激光器，即7000 MJ，並且我們想找出最大的質量。使用速度 $ 0.1 \ \ mathrm {c} $ span>，這樣 $ \ gamma \ approx 1.005 $ span>和

$$ m_ \ mathrm {max} = \ frac {2（7000 \ \ mathrm {MJ}）}} {（3.00 \ times 10 ^ 8 \ \ mathrm {m / s}）^ 2 \ cdot 1.005 \ cdot 0.1} \約1.54 \ times 10 ^ {-12} \ \ mathrm {MJ \ cdot {s ^ 2 / m ^ 2}} $$ span>

或 $ 1.54 \乘以10 ^ {-12} \ \ mathrm {Gg} $ span>（以克為單位）。降低這些單位，我們看到這大約是 1.5毫克。

然後，問題就變成了您是否可以對1.5毫克的總有效載荷做任何有用的事情，其中​​大部分必須被輕帆佔據-的確，如果這樣的輕帆完全有可能的話。因此，這是否符合“探究”的條件，我會非常謹慎，並請您注意，我比理論上的工程師要多得多，因此，那些對後者更懂的人可能希望插話並完成此工作。回答。此外，請注意，這有一些非常樂觀的隱藏假設，例如我們可以反射100％的激光（不可能），和，我們可以將100％的光束聚焦在飛行器上（這真正的BTSS項目是一個大問題）。因此，也許您可以說0.15 mg可能是一個更好的目標，而且聽起來並不好。

一個人當然也可以用另一種方​​式工作：給定能量和工藝品，我們能得到多快？ $ 0.1 \ \ mathrm {c} $ span>可能已售罄，但是如果我們至少願意發送星際 precursor ，該怎麼辦？像很久以前就提出的“千天文單位”（TAU）之類的東西。假設我們要拿一個重量為1克或1000毫克的工藝品。使用相同的方程式，我們可以通過

$$ \ gamma來求解 $ \ gamma v $ span> v = \ frac {2E} {mc} $$ span>

，這樣現在 $ E = 7000 \ \ mathrm {MJ} $ span>和 $ m = 10 ^ {- 9} \ \ mathrm {Gg} $ span>，我們得到的 $ \ gamma v $ span>大約為 $ 46 \ \ mathrm {km / s} $ span>，所以這與實際速度有關。不會比化學火箭好多少，但可以使您達到1000 AU-150 000 Gm-in（請注意km / s與Gm / Ms相同）〜3200 Ms，而比典型的人類2200 Ms的壽命更長（大約70年），甚至3000年中的很長一段時間，仍然在少數幸運的人的範圍內。尤其是相當糟糕。

所以我要說的是，是的，讓太空探測器沿著這條路線前進也是不可行的。 儘管如此，我至少對有點感到驚訝，實際上，也許至少可以用肉眼看到我們只是 我們認為值得花這筆錢，如果不是現在的話，那就早於50年（1577Ms）。請記住，“涼爽”如果沒有其他效果，可以更好地激發靈感。

我要指出的另一個角度是，要使激光真正有用，理想情況下，您不是要從地球發射，而是由於大氣從月球發射。幸運的是，化學氣體動力激光器由於擁有自己的動力裝置而非常理想。不利的一面是MIRACL是一件相當大的事情，需要大量的發射能力才能將其中100枚送入月球。儘管如此，還是有可能的。與埃隆·馬斯克（Elon Musk）的BFR結合使用-儘管現在仍然不是“ 今天”。

New Horizo​​ns是發射後速度最快的人造物體，速度達到16.26 km / s。重力輔助之後，後來達到了23.3 km / s。

光速約為300,000 km / s。 0.001 c是300 km / s，大約是New Horizo​​ns速度的20倍，動能的400倍。由於火箭方程式，當今的技術不可能達到300 km / s的速度。

今天我們能夠加速到0.1c的最重的東西是重原子或小分子。

當然，您總是可以拉開“探針”的定義。

使用當今的技術，是否有可能製造出相對論的太空探測器，溫度至少達到0.1c？

當然可以！一個孩子可以做到！ 一個孩子可以做到！

讓我們先弄清楚對數。使用 $ m_f / m_i = 20 $ span>並忽略相對論，我們需要排氣速度 $ v_E $ span>的 $ 0.1 \ c \ / \ \ ln（20）= 0.033 \ c $ span>。

我們需要從離子引擎中獲得哪些質子來實現它們的速度為 $ 0.033 \ c $ span>？

$$ E = \ frac {1} { 2} mv ^ 2 = \ frac {1} {2} mc ^ 2 \ left（\ frac {v} {c} \ right）^ 2 $$ span>

a的質量質子 $ m_P c ^ 2 $ span>約為938 MeV，因此能量必須為

$$ E = \ frac {938} {2} 0.033 ^ 2 = 0.54 \ text {MeV或} 540 \ text {keV} $$ span>

因此，如果您建造的是按質量計95％的液態氫和其他5％是電動低壓質子RFQ直線加速器，甚至只是540 keV的並網加速器，您都可以使用！您有足夠的空間作為真空泵，如果您很聰明，則諧振器的塗層可以超導，以最大程度地減少銅會產生的歐姆 $ I ^ 2 R $ span>損耗您可能可以將功率保持在較低水平。您仍然需要一個能產生質子的離子源，並且必須回收所有結合的氫和質子，如果您使用它們，這些質子不會聚集成直線加速器的接受器，但是它們就是中斷。

如果您的系統存在質量效率問題（氫氣散失），則只需將RFQ調高至幾個MeV。

請參閱此答案至如果特定脈衝是直接的與排氣速度有關，離子後加速器會改善推進系統的Isp嗎？以供進一步閱讀。

這是一個5 MeV的RFQ（左邊的小東西），然後是另一個增強器： LIGHT：質子治療的線性加速器

（單擊以查看大圖）左： Lawrence Berkeley實驗室射頻四極桿（RFQ） 右： 技術人員調整射頻四極桿（RFQ）