霍金不瘋狂：探測半人馬座α星技術日本已做到

2016年04月13日 15:29 新浪科技 微博

　　

　　太空計劃投資人尤里和物理學家霍金

　　新浪科技 邊策

　　尤里·米爾納，一個網際網路投資人，他投資過Facebook、Twitter等知名企業。他卻在在今天之前，你覺得不會把他和物理學家霍金聯繫在一起。然而他卻在今天和霍金聯合宣布了一項「瘋狂」的計劃：去探測半人馬座α星。

　　半人馬座α星，除太陽外離地球最近的恆星，距離地球4.3光年。也許那裡的行星會有生命的跡象。而人類最快的飛船飛到那裡也需要幾萬年。

　　為了飛到半人馬座α星，這項名為Breakthrough Starshot的計劃聲稱要把飛船加速到20%的光速。其中使用的「黑科技」就是光束推進，這項技術究竟有什麼厲害的地方，讓霍金願為之背書？這要從當下的太空技術說起。

　　傳統火箭的局限性

　　

　　SpaceX發射的「獵鷹9號」火箭

　　要說到傳統火箭的局限性，必須提到兩個參數：推力和比沖。推力代表飛行器的運載能力，推力越大，火箭能運載的貨物就越重。比沖代表著飛行器的效率，比沖越大，火箭獲得加速所需要的燃料越少。比沖取決於火箭向後噴出的氣體的速度。

　　目前的大推力火箭還是用燃燒的方法：將液體燃料和液氧送入燃燒室，產生高溫氣體。氣體從火箭尾部高速噴出對火箭反衝，從而推動火箭。這種方法的缺點是比沖太低，原因就在於火箭尾部噴出的氣體速度太低。一般情況下，液體火箭噴出的氣體速度只有幾公里每秒，還不及第二宇宙速度(擺脫地球引力所需的最小速度)。這也是化學火箭比沖不高的原因。

　　以馬斯克SpaceX公司的「獵鷹9號」為例，它的質量高達505噸，向近地軌道運輸的能力只有13噸，而向地球同步軌道的運輸能力僅為4.85噸。用化學火箭做星際旅行顯然是不太實際的。

　　用光子做「燃料」

　　

　　太陽帆飛船

　　為了提高「燃料」的速度，最後，科學家們將目光轉向了全宇宙最快的東西——光子。把一束光打在鏡面上，光在反射回來時會把「鏡子」向前推進。不過，這種現象在日常生活里太難看到了，因為通常的光強度太低，產生的推力還不足以克服「鏡子」的阻力。

　　這些問題在高度真空的太空里卻不再是問題。而且光子這種「燃料」不必攜帶，只需把它「噴灑」到飛行器上，再反彈回來就行。科學家需要克服的問題是如何讓「太陽帆」獲得足夠的加速度。這需要研製一種特殊的材料，它能夠反射光線還要足夠輕。

　　要做到這點卻並不容易，太陽光實在是太弱了。在地球軌道上，800米*800米的面積上，太陽光只能產生5牛頓的壓力，相當於一斤物體的重力。所以「太陽帆」必須足夠輕才能獲得足夠的加速度，通常要做到每平方米只有幾克重，而我們通常使用的A4紙密度為70克每平方米。

　　不要以為這是天方夜譚，其實在2010年，日本就已經發射了IKAROS探測器，最終IKAROS在臨近金星8萬公里處略過，完成了探測任務。美國的行星協會也太陽帆技術的擁躉，他們在去年7月發射了一枚飛船，厚度僅為4.5微米，相當於垃圾袋厚度。

　　激光推進飛船

　　

　　設想圖：激光束照射推進飛船

　　但是僅僅減小太陽帆的重量並不能滿足遠途星際旅行的要求。還是因為太陽光實在太弱了，即使飛到海王星，飛船獲得的速度也不過20公里每秒。於是，科學家們再出奇招：用超強的激光束照射太陽帆，讓它加速更快。加州大學聖巴巴拉分校的教師菲利普·魯賓表示，未來採用這種技術可以把220磅重的人造衛星在三天內送到火星。

　　Breakthrough Starshot項目希望用大功率激光把飛船加速到20%光速，那麼飛到4.3光年外的半人馬座α星只需要20多年。但是能做到這點的激光功率將非常高，足以摧毀靠近地球的小行星。如何製造出如此具有「毀滅性」的強大激光，應該是尤里·米爾納投資項目亟待解決的問題。