飞行器推进系统是利用反作用原理为飞行器提供推力的装置。

　　基于牛顿提出的作用力等于反作用力的原理，飞行器推进系统驱使一种工质沿飞行相反方向加速流动，工质就在飞行器上施加一个反作用力，推动飞行器的这个反作用力就是推力。

　　推进系统要产生推力，必须有能源、工质和动力装置。

　　可供飞行器利用的能源有化学能、太阳能和核能等。

　　化学能是飞行器最常用的能源，常用的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等，燃烧剂由液氢、偏二甲肼、煤油等。

　　用于推进飞行器的工质有空气、燃气或其他气体。早期的卫星推进系统使用的高压氮气，推进动力小，性能低下，但其优点是安全可靠，无污染。

　　第一个无系绳的太空行走人员也是用的氮气喷射推进背包。

　　动力装置包括发动机和推进器。有时发动机本身就是推进器。

　　比如，神舟飞船上就安装了52台发动机。按照担负的任务不同，这些发动机被分别安装在飞船的3个舱段里，组成了3个用途不同的独立的推进系统。

　　“家园”号飞船上面的能源是有限的，在找到宜居星球前用光了怎么办？

　　动力系统、维生系统、通讯系统、探测系统、防护系统、重力系统等等等等，没了能源，“家园”会变成“墓园”。

　　很明显，目前科学家们还搞不定反物质的问题，跃迁发动机就更别说了。

　　所以为了预防万一，逃亡者们必须开发其他可替代的能源以及推进装置。

　　目前可选的推进系统有以下几种。

　　首先，化学能肯定不行。茫茫宇宙，上哪去找氢气氧气煤油呢？

　　虽然气态行星上有可燃气，但是飞船还要先浪费宝贵的时间去寻找，还要减速靠近，得到的那点能源根本不划算。

　　同样的，电推进或者说离子推进系统也不大可能。工质当中的聚四氟乙烯、肼、氙等等，这些东西可没地方找。

　　比如，氙气，在地球大气层中的含量只有1150万分之一。当然，如果能够在木星大气层中提取氙气的话则另当别论。

　　当前，电推进是世界各国卫星推进系统的主流。2015年，米国将传统化学燃料推进系统全部替代为电推进系统。兔国原本预计在2020年之前将实现应用。

　　离子推的好处其实挺大。

　　以“深空1号”为例，上面搭载的离子推进器功率为2.3kW，峰值推力约为92mN。

　　一张80g的A4纸的质量约为4.99g。这张纸在地球上所受的重力约为48.9mN。

　　也就是说，深空1号探测器的离子推进器火力全开的时候，其推力也不足以吹起两张A4纸……

　　看上去貌似弱爆了！

　　还记得象棋棋盘放米粒的故事吗？

　　不妨用推力牛叉的土星5号火箭上面的F1液氧煤油发动机与总重不到500kg的深空1号来一场星际赛跑。

　　一台F1液氧煤油发动机的推力大约能举起705吨的重物，这家伙1秒钟就要烧掉约2.66吨燃料。

　　在阿波罗计划中，F1发动机的工作时间约为159s，单台F1发动机需要燃料423.099吨。

　　深空1号探测器的离子推进器的推力约92mN，连两张叠在一起的A4纸都吹不起来。该推进器要用5天零19个小时的时间才能用去1kg燃料。

　　比赛一开始仿佛没有什么悬念，F1发动机马力大，加速快，10s后，它的速度已经达到了142.6m/s。

　　而深空1号探测器并不着急，此时她的速度为1.88mm/s，得仔细看才能确信她在动。

　　159s后，F1发动机已飞出274.6公里，并且将最终速度锁定在4.925km/s。

　　此时，深空1号飞出了2.374米，速度2.98cm/s，还处在爬行的状态。

　　或许有人会认为这时应该结束比赛并宣布化学火箭F1完胜了。毕竟，274.6公里与2.374米的差距实在是太大了。

　　然而，星际赛跑拼的是最终速度，而不是短距离的冲刺。

　　从159s之后，F1的速度就不再增加，而深空1号则锲而不舍地做着加速运动。

　　15个小时过去了，深空1号来到了F1发动机达到它最大速度的地方，时速为36.5公里。

　　那些曾经笑话她比蜗牛还慢的人，此时骑着自行车也很难追上它了。

　　不过，深空1号离F1还是越来越远。抬头望去，F1在25.45万公里处。

　　1天后，深空1号走了700多公里，时速为57.6公里。

　　3天后，深空1号的时速超过了175公里，并且走了6300公里远。

　　6个月过去了，深空1号的速度达到了3km/s，距离F1还有5千万公里。

　　10个月后，奇迹出现了。深空1号的速度居然超过了F1，达到了5.1km/s。

　　14个多月后，深空1号的燃料终于燃烧殆尽，达到了她的最终速度：7.89km/s。

　　18个多月后，深空1号赶上并超过了F1，并且将会一直保持着领先的优势。。

　　这时，它们两个已经飞了2.23亿公里。

　　说完离子推再看看太阳能推进系统。

　　但是“家园”如此庞大的身躯，搞离子推不大现实。当然，它可以作为储备技术。

　　再一个就是太阳帆，利用光压直接推进航天器。

　　太阳光的力量十分微弱，在地球轨道上，每平方公里表面接受的太阳光压才有4.55牛顿，也就是一个苹果的重量而已。

　　虽然力量微弱，但太阳帆提供的推力贵在持久。只要有阳光照耀，它就可以一直工作，在太阳光的压力下缓慢加速，并通过调整帆面相对太阳的角度来控制速度及方向。

　　假如有一艘帆面7万平方米的太阳帆飞船，飞船质量是500千克，那么它离开地球轨道时每秒的速度增加值是1毫米/秒。但日积月累，等到抵达火星轨道时，时间才过去284天。算下来这个速度比许多化学火箭还要快。

　　除了在太阳系内飞行，太阳帆还可以作为恒星际探测器。因为成本低、飞行速度快，它是在低技术条件下飞出太阳系、飞向恒星空间的首选航天器。

　　人类也曾经尝试过太阳帆推进系统。

　　“宇宙1号”由米国和鹅毛相关部门花费数年联合建造而成，重50公斤，由8片长度为15米的三角形聚酯薄膜帆板组成花瓣形，帆板总面积600平方米。

　　每张帆板的厚度比普通的塑料垃圾袋还薄，但它们异常牢固，并且表面上涂满了高效反光物质。

　　帆板与支撑杆的结构就像直升机旋翼一样，可以通过调整来改变飞船的飞行方向和速度。

　　据计算，在阳光微弱的压力推动下，“宇宙1号”太阳帆将会以每秒1毫米的速度慢慢地加速移动。

　　在帆面展开24小时后，太阳帆的速度将增至每小时160公里；到第100天时，它的速度将达到每小时16000公里。

　　如果“宇宙1号”能持续飞行3年，速度会提升到每小时1万公里，这是任何人造飞行器都没有达到过的速度。

　　2005年6月21日，“宇宙1号”于从位于巴伦支海水下的鹅毛核潜艇上通过“波浪”运载火箭发射升空。

　　不幸的是，火箭在发射升空后83秒就与地面失去了联系。

　　当然，也有成功的例子。

　　比如小本子2010年发射的“伊卡洛斯”号混合动力太空帆船。

　　2011年1月，完全依靠太阳能驱动的“伊卡洛斯”已成功完成全部实验项目，包括利用阳光实现加速和改变轨道等。

　　但是，“家园”号飞船是艘长2.1公里，宽415m，高330m的庞然大物，利用太阳帆前行不靠谱。

　　然后就轮到了核动力。

　　对于核动力的利用方式有3种：利用核反应堆的热能；直接利用来自反应堆的高能粒子；利用核弹爆炸。

　　第一种，推进工质流经反应堆吸收热量后，通过火箭喷嘴喷射出去。

　　1955年到1968年间，米国用氢气当工质，进行了多次核火箭测试。最后制出了重200千克，推力达到100吨的核火箭发动机。

　　可使宇航员乘坐通勤飞船在24小时内到达月球或从月球返回地球。

　　然而，就在功率4000兆瓦的核火箭发动机开始测试时，阿波罗登月计划遭到了大幅度的预算裁减。

　　1972年，核火箭发动机被彻底取消了。

　　核动力虽能给飞船带来持久的续航力，但工质的消耗却令飞船难以远离补给站，就像蒸汽时代的铁路机车无法摆脱加水站一样。

　　正是在这种情况下，《三体》中太空军的灵魂人物章北海激愤地说：“工质推进飞船不过是个大火箭，要用超过三分之二的运载能力运载推进工质，且工质消耗很快，这种飞船只能以行星基地为依托，在太阳系内航行。这样做，是在重复甲午战争的悲剧，太阳系就是威海卫！”