在沒有磁極的情況下,宇宙飛船如何確定自身方向?《星際迷航》中使用的系統有任何真實性嗎?——S. Messick,俄克拉荷馬城
克里斯托弗·波茨,美國宇航局噴氣推進實驗室(位於加利福尼亞州帕薩迪納)的導航工程師,為您解答
與地球上的指南針使用者不同,宇宙飛船導航員無法依賴始終存在的磁場,因此我們必須使用自己設計的三維笛卡爾座標系,或座標框架。
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目前深空探測中常用的一種座標框架被稱為“地球平均赤道和J2000.0曆元春分點”,縮寫為EME2000。這個名稱如此複雜是因為它包含了定義三維座標系所需的許多要素:參考天體(地球);參考平面(平均赤道,一個理想化的赤道,不包括地球軸的小幅度擺動或章動);參考方向(春分點,春季第一天從地球到太陽的連線);以及參考時間(J2000.0,即2000年1月1日世界時12:00:00,用於行星運動計算的均勻時標)。參考天體和參考平面定義了座標框架的x-y平面。z軸垂直於該平面,通常沿天體的自轉軸方向。之所以需要參考時間,是因為參考平面會受到太陽系中其他天體引力的影響而產生細微運動。
使用已定義的座標框架,宇宙飛船必須能夠確定和控制其自身姿態。宇宙飛船感測器不使用指南針,而是利用太陽和恆星來確定飛船相對於座標框架的姿態。期望的方向可以透過多種方式相對於已定義的框架來指定,但通常使用兩種角度測量值。在天文學中,赤經和赤緯用於標識天空中的方向。赤經是在參考平面內的角度測量值,赤緯測量的是高於或低於參考平面的角度。
儘管具體細節可能有所不同,但在太空飛行中確定方向都依賴於定義參考框架和使用測量值來確定相對於該框架的姿態的基本原理。至於《星際迷航》中的系統(例如航向294,標記37),我懷疑這種方法目前在深空導航中得到任何應用。但是透過指定兩個測量值,至少有足夠的資訊來正確瞄準曲速引擎。
以目前的消耗速度,全球鈾礦儲量還能為世界核反應堆提供燃料多久?——G. Peck,阿拉斯加州蘇厄德
史蒂夫·費特,馬里蘭大學公共政策學院院長,為您解答
如果核能機構(NEA)準確估計了地球上經濟可採的鈾資源,那麼按照目前的消耗速度,反應堆可以執行200年以上。
全球每年透過核能產生的2.8萬億千瓦時電力中,大部分是在使用低濃縮鈾(LEU)燃料的輕水反應堆(LWR)中產生的。大約10公噸天然鈾用於生產一公噸低濃縮鈾,後者可用於產生約4億千瓦時的電力,因此目前的反應堆每年需要約7萬公噸天然鈾。
根據核能機構的說法,已探明的鈾資源總量為550萬公噸,另有1050萬公噸尚未發現——按今天的消耗速度計算,總共可供應約230年。進一步的勘探和提取技術的改進可能會使這一估計值在未來至少翻一番。
增加濃縮工作可以使每公噸低濃縮鈾的輕水反應堆鈾需求量減少高達30%。從乏低濃縮鈾中分離鈽和鈾,並用它們製造新的燃料,可以使需求量再減少30%。同時採取這兩種措施將使輕水反應堆的鈾需求量減少一半。
有兩項技術可以大大延長鈾的供應。目前這兩項技術都不經濟,但如果鈾的價格大幅上漲,未來可能會變得經濟。首先,從海水中提取鈾將提供45億公噸鈾——按目前的消耗速度可供應6萬年。其次,燃料再迴圈快中子增殖反應堆(其產生的燃料比消耗的燃料還多)所需的鈾將不到目前輕水反應堆所需鈾的1%。增殖反應堆僅使用核能機構估計的鈾供應量,即可達到當今的核能產量3萬年。