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火箭和质量驱动器都有望将人类送入太空，但哪种方式能让我们走得更远、更快、更智能，
且成本更低？
今天，我们不仅要比较两种发射系统，还要比较两种太空旅行的基本方式 —— 火箭技术和质量驱动器。我们将探讨每种方式的优缺点，因为两者都有各自鲜明的优势和劣势。大多数人已经对火箭相当熟悉，但质量驱动器是一个不太常见的术语，所以首先让我们简要介绍一下质量驱动器。质量驱动器的范畴相当广泛，包括化学动力火炮和轨道炮，但就我们今天的讨论而言，我们将重点关注被称为直线电机的这一类别。这种电磁推进系统旨在沿着一条长轨道将物体或有效载荷加速到高速。它通过电能产生电磁力来推进有效载荷，将其送入轨道或送上不同的轨迹。因此，利用质量驱动器加速的有效载荷不需要消耗机载推进剂，避免了火箭方程的复杂性。这种有效载荷可能是一个货运舱，我们通常将其想象成一艘航天器，它配备了推力设备和少量机载燃料供应，以帮助其达到轨道速度并在太空中机动，就象航天飞机曾配备轨道机动发动机来实现这一目的，以及之后重新进入大气层着陆一样。要用于太空发射，质量驱动器需要具备四个关键特性。
第一个特性：低机械摩擦
理想情况下，其有效载荷应沿着轨道滑行，无需直接物理接触。这使得它能够实现高重复使用率，而无需因磨损而停机进行翻新。
第二个特性：低大气摩擦
理想情况下，质量驱动器应在近真空环境中运行，因为在绸密空气存在的情况下，高速会产生显著的阻力和热量。这使得它们非常适合月球等无空气的天体，但在地球或火星等有大气层的天体上，质量驱动器要么必须位于非常高的海拔处，例如火星最高的山 —— 奥林匹斯山山顶；要么如果无法实现这一点，发射轨道需要封闭在一个真空渠道中，直到达到大气层足够稀薄的高度，航天器才能继续向上穿过大气层进入太空。
第三个特性：加速度与轨道长度相关
出口速度等于加速度与轨道长度乘积的两倍的平方根，因此出口速度取决于加速度和轨道长度。由于存在平方根关系，要使速度翻倍，你需要将加速度提高到原来的四倍、将轨道长度延长到原来的四倍，或者同时将加速度和轨道长度都提高到原来的两倍。同样，要使速度变为原来的三倍，可以同时将两者都提高到原来的三倍，或者将加速度或轨道长度提高到原来的 9 倍（即 3 的平方）。因此，如果有效载荷能够承受极高的加速度，质量驱动器可以做得很短；但如果需要温和地加速有效载荷（例如载人质量驱动器的情况），质量驱动器就需要做得很长。质量驱动器需要在让有效载荷承受过大加速度与自身过长且可能成本更高之间找到一个可接受的平衡点。
第四个特性：与牛顿第三运动定律相关
作用力与反作用力大小相等、方向相反。火箭通过喷出燃烧后的推进剂来加速，这些燃烧后的推进剂就是火箭的反作用力质量。而质量驱动器通常固定在行星天体上，因此当它加速飞行器时，反作用力质量是整个行星天体的质量。质量驱动器依靠行星的固体质量来产生推力，就象我们走路或跑步时所做的那样 —— 我们依靠地球的质量来推动自己前进。我们可以（而且很可能会）让质量驱动器以高加速度运行，尤其是用于货运舱时；但长距离、低加速度的质量驱动器使我们能够在需要的情况下实现低加速度，例如对于那些因健康状况限制而无法承受高加速度的太空游客，或者对加速度敏感的货物。火箭的飞行过程也较为颠簸，而质量驱动器的运行通常比火箭更平稳、更稳定。如果质量驱动器以 4 倍重力加速度（4g）运行，那么到达低轨道速度的行程仅需 199 秒，即略超过 3 分钟，轨道长度为 482 英里（775 公里）；以 9 倍重力加速度（9g）运行时，到达低轨道速度的行程将持续 88 秒，轨道长度为 214 英里（345 公里）。这个 9g 的限制大约是大多数人能够承受的最大值，而且即使如此，也只有身体健康的人才能在短时间内承受。然而，加速度更高、轨道更短的质量驱动器可用于将货物或其他物资送入太空。大量货物可以承受 100g 甚至 400g 的加速度，相应的发射持续时间分别约为 8 秒和 2 秒，轨道长度分别为 19 英里（31 公里）和 5 英里（8 公里）。不过，在地球上，你很难找到基于 400g 加速度设计的质量驱动器，因为所需的轨道长度太短，无法有效穿越大气层。但在月球上，由于没有大气层的阻碍，一个 400g 的质量驱动器仅需约 360 米（1181 英尺），即四分之一英里长的轨道，就能以 1680 米 / 秒的速度将有效载荷送入月球轨道，这大约是地球轨道速度的五分之一。同样，在火星上沿着奥林匹斯山一侧建造的轨道也是可行的。质量驱动器在月球相关概念中尤其受欢迎，可用于将月球上的燃料、散装金属或开采的岩石送入太空。其工程挑战更容易应对，还能避免与发射台和月尘相关的问题。质量驱动器也适用于小行星，采矿者可以利用它们将物资送回地球。它们还可以在行星之外使用，将航天器加速到星际速度，甚至为其减速 —— 不过后者是一个相当复杂的话题，我们今天暂不深入探讨。稍后，我们还将进一步探讨其工程设计和经济性。
现在，让我们把焦点转向火箭。火箭技术的基本原理是动量守恒。动量等于质量乘以速度，因此如果将物体的速度翻倍，其动量也会翻倍。由于动量必须守恒，任何动量的增加都会被其他地方大小相等、方向相反的动量变化所抵消。当你蹬地跳跃时，你实际上会给地球一个相反方向的相同动量；然而，由于地球的质量大约是人类的 1000 亿万亿倍，它获得的速度只是我们的极小一部分。