光子火箭發動機

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。

這個設想最初由奧地利物理學家桑格爾提出。桑格爾認為由光子火箭推動的宇宙飛船由三部分組成。最後面的是動力部分，主要部件是巨大的凹面反射鏡，面積可達幾十平方千米。在凹面反射鏡的焦點處有光子發射器，它產生的光子由凹面反射鏡反射，並形成向後噴射的光子流，推動飛船高速飛行，這就是光子火箭發動機。中間是火箭推進劑儲存箱。最前面的是航天員工作和生活的密封座艙。

光子火箭屬於非常規推進技術，是未來實現星際航行的動力裝置。‘已建立在正物質與反物質相遇時會立即發生質量湮滅過程併產生大量光子流的原理上並被認為可行。

其發動機依靠向後噴射的定向光子流而產生向前的反作用推力，在理論上具有最高的效能和比沖。換句話說，光子火箭發動機採用光子作為工質，當光子流以每秒30萬千米的速度向後噴射時，它在反作用力的推動下，就能以接近光速或達到光速的速度向前運動。發動機所需要的大量光子可從正物質和反物質連續發生的質量湮滅過程中獲取。

科學家們設想中的以光子火箭為推進動力裝置的載人航宇飛船，主要由三部分組成。其最前端是座艙，裝有生命保障系統和必備的各種科學儀器，是航宇員工作和生活的場所；其中部是發動機的燃料貯箱，貯存作為推進劑的正物質和反物質，箱體結構必須密封可靠，不能有任何泄漏。

其尾部是作用相當於發動機燃料室的大型凹面反射鏡，用來反射光子流，促其向後噴出，以產生反作用推力，推動飛船高速前行。擬用氫和反氫作為火箭發動機的推進劑，分別貯存在高度密封的容器之中。火箭啟動工作時，氫和反氫通過各自的導管被導向反射鏡的焦點處，兩者在此相遇而發生質量湮滅，產生的光子流經反射鏡反射噴向火箭後方，從而使飛船獲得向前的推動力。氫和反氫發生湮滅時，兩者質量全部消失，轉化成為光能放出。由於湮滅過程釋放的能量，比同樣質量的氫發生熱核反應產生的能量還要大1000倍，故而光子流能以每秒30萬千米的速度向後噴射，使航宇飛船以接近光速的速度前行。

火箭威力巨大。發動機是火箭產生運動動力的提供者，沒有發動機，火箭就寸步難行，火箭發動機名目繁多。按能源的種類可分為化學火箭發動機、電火箭發動機、核火箭發動機、太陽能火箭發動機和光子火箭發動機等。

光子火箭發動機依靠電磁輻射光量子的定向流產生推力，這種發動機最大速度、比沖和效能。極限速度應該是光速，但很不容易達到。它的主要結構部件是光子源。為了使光子源獲得足夠大的光壓，需要有5萬一25萬K的高溫。銀河系外星距離最近的都有幾光年到幾十光年，如果有光子火箭，飛到那裡的時間就短多了。