未來(lái)星際飛行(xíng)的10項新技(jì)術(shù)

         1961年，蘇聯宇航員尤裏·加加林成為(wèi)人(rén)類進入太空(kōng)第一人(rén)。8年以後，美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗和(hé)巴茨·奧爾德林成功地登上(shàng)了月球的表面。這是至今為(wèi)止人(rén)類所到過的最遠距離。

除了經濟預算(suàn)和(hé)政治意願等問題以外，主要的障礙是目前的化學燃料火(huǒ)箭無法用于長距離的深空(kōng)飛行(xíng)。雖然已經可(kě)以把機器(qì)人(rén)探測器(qì)送往太陽系外行(xíng)星，但(dàn)它們需要幾年時(shí)間(jiān)才能到達那(nà)裏。

至于造訪其他的恒星，可(kě)以說是不可(kě)能的。例如美國的“阿波羅10号”宇宙飛船(chuán)是迄今速度最快的載人(rén)航天器(qì)，其最高(gāo)速度達到了每小(xiǎo)時(shí)39895公裏。但(dàn)即使以這個(gè)速度飛行(xíng)，那(nà)麽到達距離地球最近的恒星系統——4光年遠的半人(rén)馬座阿爾法星系，也需要12萬年的時(shí)間(jiān)。

因此，如果人(rén)類真的想進行(xíng)深空(kōng)星際旅行(xíng)并且前往比半人(rén)馬座阿爾法星系更遙遠的地方，那(nà)麽就需要采用一些(xiē)新的技(jì)術(shù)。下面就是專家(jiā)們提出的未來(lái)星際飛行(xíng)的10項新技(jì)術(shù)。這些(xiē)技(jì)術(shù)範圍廣泛，其可(kě)行(xíng)性大(dà)不相同，其中一些(xiē)也許不久就能夠實現，而有(yǒu)一些(xiē)也許根本就不可(kě)能實現。

離子推進器(qì)

常規火(huǒ)箭是通(tōng)過尾部噴出高(gāo)速的熱氣體(tǐ)來(lái)産生(shēng)推力的。離子推進器(qì)采用相同的原理(lǐ)，但(dàn)與噴射高(gāo)溫氣體(tǐ)不同，它所噴出的是一束帶電(diàn)粒子或離子。離子推進器(qì)産生(shēng)的推力雖然比較小(xiǎo)，但(dàn)關鍵的一點是，産生(shēng)相同的推力所需的燃料，離子推進器(qì)要比常規火(huǒ)箭少(shǎo)得(de)多(duō)。隻要離子推進器(qì)能夠長期穩定地工作(zuò)，最終也能夠把飛行(xíng)器(qì)加速到極高(gāo)的速度。

目前一些(xiē)航天器(qì)已經使用了離子推進器(qì)，例如日本的“隼鳥”号小(xiǎo)行(xíng)星探測器(qì)和(hé)歐洲航天局的SMART-1月球探測器(qì)，而且這一技(jì)術(shù)也正在逐步地完善。

未來(lái)最有(yǒu)希望成為(wèi)更遠太空(kōng)旅行(xíng)飛船(chuán)推進器(qì)的，可(kě)能就是可(kě)變比沖磁等離子體(tǐ)火(huǒ)箭（VASIMR）。與通(tōng)常采用強電(diàn)場(chǎng)加速離子的離子推進器(qì)有(yǒu)所不同，VASIMR使用射頻發生(shēng)器(qì)（而不是像用于無線電(diàn)廣播的發射器(qì)），把離子加熱到100萬攝氏度。

VASIMR的工作(zuò)原理(lǐ)是：在強大(dà)的磁場(chǎng)中，離子會(huì)以固定的頻率旋轉，将射頻發生(shēng)器(qì)調諧到這個(gè)頻率，為(wèi)離子注入額外的能量，從而大(dà)幅度增加推力。初步的測試結果相當好。專家(jiā)們認為(wèi)，如果一切順利，VASIMR将能夠推動載人(rén)飛船(chuán)在39天內(nèi)到達火(huǒ)星。

可(kě)行(xíng)性：數(shù)年後可(kě)能實現。

核脈沖推進技(jì)術(shù)

這種技(jì)術(shù)的基本思想是：在推進火(huǒ)箭的尾部定期扔出一個(gè)核彈，用作(zuò)推動力的來(lái)源。

美國國防部高(gāo)級研究計(jì)劃局（DARPA）曾經于1955年在代号為(wèi)“獵戶座計(jì)劃”的項目中認真地研究了核脈沖推進，其目的是設計(jì)出一種快速的星際旅行(xíng)方案。即使按照今天的标準來(lái)看，DARPA的設計(jì)也非常“巨大(dà)”，它需要建造一個(gè)很(hěn)大(dà)的減震器(qì)，外加一個(gè)用于保護乘客的輻射防護罩。這種方案看起來(lái)可(kě)行(xíng)，但(dàn)它可(kě)能會(huì)對大(dà)氣層造成嚴重的輻射問題。當首批核試驗禁令頒布以後，這一計(jì)劃最終于20世紀60年代被取消。

盡管存在許多(duō)擔憂，一些(xiē)科學家(jiā)仍然在繼續提出新的核脈沖推進方案。從理(lǐ)論上(shàng)來(lái)說，一艘由核彈驅動的飛船(chuán)速度可(kě)以達到光速的十分之一，以這樣的速度到達最近的恒星隻需要40年。

可(kě)行(xíng)性：完全有(yǒu)可(kě)能實現，但(dàn)存在風險。

核聚變動力火(huǒ)箭

除了核脈沖推進，還(hái)有(yǒu)其他依靠核能的推進技(jì)術(shù)。例如，在火(huǒ)箭上(shàng)安裝一個(gè)裂變反應堆，利用其産生(shēng)的熱量來(lái)噴射氣體(tǐ)提供推力，這就是核裂變動力火(huǒ)箭。但(dàn)是就威力而言，核裂變動力火(huǒ)箭根本無法和(hé)核聚變動力火(huǒ)箭相比。

在核聚變反應中，核子被迫進行(xíng)聚合從而産生(shēng)巨大(dà)的能量。大(dà)多(duō)數(shù)的核聚變反應堆都是利用被稱為(wèi)“托卡馬克”的裝置，将燃料限制(zhì)在一個(gè)磁場(chǎng)之中來(lái)驅動聚變反應的。但(dàn)是，托卡馬克裝置極為(wèi)笨重，并不适用于火(huǒ)箭。因此，核聚變動力火(huǒ)箭必須采用另一種觸發聚變的方法，即慣性約束核聚變。這種設計(jì)以高(gāo)功率能量束（通(tōng)常是激光）來(lái)取代托卡馬克裝置中的磁場(chǎng)，通(tōng)過劇(jù)烈引爆小(xiǎo)顆粒燃料導緻外層爆炸，進而推動內(nèi)層物質觸發核聚變。當核聚變反應發生(shēng)後，磁場(chǎng)會(huì)引導所産生(shēng)的高(gāo)溫離子從火(huǒ)箭尾部噴出，實現核聚變火(huǒ)箭的推進力。

在20世紀70年代，英國星際學會(huì)詳細地研究了這一類型的核聚變動力火(huǒ)箭，它們可(kě)以在50年內(nèi)（對于人(rén)類來(lái)說這一時(shí)間(jiān)跨度尚可(kě)承受）把人(rén)類送往另一顆恒星。

美中不足的是，盡管研究人(rén)員已經努力了幾十年，但(dàn)是至今還(hái)沒有(yǒu)一個(gè)可(kě)以工作(zuò)的核聚變反應堆。

可(kě)行(xíng)性：有(yǒu)可(kě)能，但(dàn)最少(shǎo)還(hái)要幾十年。

巴薩德沖壓式噴氣發動機

所有(yǒu)的火(huǒ)箭，包括核聚變動力火(huǒ)箭，都存在一個(gè)相同的關鍵難題：為(wèi)了獲得(de)更高(gāo)的加速度，就必須攜帶更多(duō)的燃料，這就會(huì)使火(huǒ)箭變得(de)更重，最終又降低(dī)了加速度。因此，如果真想進行(xíng)星際旅行(xíng)，就應該避免攜帶任何燃料。

1960年美國物理(lǐ)學家(jiā)羅伯特·巴薩德提出的沖壓式噴氣發動機，或許可(kě)以解決這一難題。它的原理(lǐ)和(hé)上(shàng)述核聚變動力火(huǒ)箭一樣，但(dàn)是它并不需要攜帶核燃料，它首先是将周圍太空(kōng)中的氫物質進行(xíng)電(diàn)離，然後利用強大(dà)的磁場(chǎng)吸收這些(xiē)氫離子作(zuò)為(wèi)燃料。

雖然沖壓式噴氣發動機沒有(yǒu)上(shàng)述核聚變動力火(huǒ)箭中的反應堆問題，但(dàn)是它所面臨的是磁場(chǎng)大(dà)小(xiǎo)的問題。由于星際空(kōng)間(jiān)中氫物質很(hěn)少(shǎo)，因此它的磁場(chǎng)必須要足夠大(dà)才行(xíng)，甚至要延伸到數(shù)百乃至數(shù)千公裏之外。除非是發射前進行(xíng)精密的計(jì)算(suàn)，設計(jì)出飛船(chuán)飛行(xíng)的精确軌道(dào)，這樣就不需要巨大(dà)的磁場(chǎng)。不過這種想法又出現另外一個(gè)問題，那(nà)就是飛船(chuán)必須要按既定軌道(dào)飛行(xíng)，不得(de)偏離，而且也使得(de)往返其他恒星變得(de)極為(wèi)困難。

可(kě)行(xíng)性：存在巨大(dà)的技(jì)術(shù)挑戰。

太陽帆

這是另一項不需要攜帶足夠燃料并且可(kě)以達到極高(gāo)速度的技(jì)術(shù)，不過它需要一個(gè)時(shí)間(jiān)過程。

正如傳統的利用地球大(dà)氣層中風能的風帆，太陽帆汲取的是太陽光中的能量。太陽帆推進技(jì)術(shù)已經在地球上(shàng)的真空(kōng)室中成功地進行(xíng)了測試，但(dàn)在太空(kōng)軌道(dào)上(shàng)的測試卻遭到不幸。例如，2005年，總部設在加利福尼亞州帕薩迪納的美國行(xíng)星協會(huì)訂制(zhì)的世界第一艘太陽帆飛船(chuán)“宇宙1号”，因為(wèi)火(huǒ)箭推進器(qì)出現故障而發射失敗。

盡管在初期出現了各種問題，但(dàn)是太陽帆仍然是一個(gè)非常有(yǒu)前途的未來(lái)太空(kōng)技(jì)術(shù)，至少(shǎo)它可(kě)以保證在太陽系內(nèi)飛行(xíng)，太陽的光線可(kě)以為(wèi)它提供最強大(dà)的推進力。

可(kě)行(xíng)性：完全有(yǒu)可(kě)能，但(dàn)适應空(kōng)間(jiān)有(yǒu)限。

磁場(chǎng)帆

磁場(chǎng)帆是太陽帆的一個(gè)“變種”。與太陽帆不同的是，磁場(chǎng)帆是由太陽風提供推動力，而不是由太陽光提供推動力。

太陽風是一種擁有(yǒu)自己磁場(chǎng)的帶電(diàn)粒子流。科學家(jiā)的一種想法是，在太空(kōng)飛船(chuán)周圍制(zhì)造一個(gè)與太陽風磁場(chǎng)相排斥的磁場(chǎng)，這樣就可(kě)利用磁場(chǎng)的排斥力推動飛船(chuán)飛行(xíng)。

另一個(gè)變種是“太空(kōng)蜘蛛網”，這種技(jì)術(shù)就是在太空(kōng)飛船(chuán)周圍延伸出一個(gè)帶正電(diàn)的電(diàn)網，這樣的電(diàn)網可(kě)以與太陽風中的大(dà)量的正離子相排斥，從而獲得(de)推進力。

磁場(chǎng)帆或者類似的技(jì)術(shù)還(hái)可(kě)以利用行(xíng)星的磁場(chǎng)來(lái)使飛船(chuán)改變自身的軌道(dào)，甚至駛離行(xíng)星際空(kōng)間(jiān)。

然而，太陽帆和(hé)磁場(chǎng)帆都不适合星際旅行(xíng)。當它們遠離太陽的時(shí)候，陽光和(hé)太陽風的強度就會(huì)急劇(jù)下降，因此它們無法達到飛往其他恒星所必需的速度。

可(kě)行(xíng)性：隻适合太陽系內(nèi)旅行(xíng)。

能量束推進技(jì)術(shù)

如果太陽沒有(yǒu)足夠的能量來(lái)推動真正的高(gāo)速星際飛船(chuán)，那(nà)麽也許可(kě)以通(tōng)過向飛船(chuán)發射能量束來(lái)做(zuò)到這一點。

這項技(jì)術(shù)之一就是激光燒蝕，即利用從地面上(shàng)發射出的強大(dà)的激光來(lái)燒蝕飛船(chuán)尾部的特殊金屬，金屬逐漸蒸發形成蒸汽，從而提供推進力。

另一種相似的技(jì)術(shù)就是由美國物理(lǐ)學家(jiā)和(hé)科幻小(xiǎo)說家(jiā)格雷戈裏·本福德提出的，為(wèi)飛船(chuán)裝配塗有(yǒu)特殊塗料的太陽帆。從地球上(shàng)發出的微波束可(kě)以蒸發這些(xiē)塗料，從而産生(shēng)推力。這可(kě)以加快星際旅行(xíng)的速度。

進行(xíng)星際旅行(xíng)，最好的方法可(kě)能是使用激光來(lái)推動光帆。美國物理(lǐ)學家(jiā)羅伯特·福沃德在1984年的一篇論文中首次提出了這一設想。

能量束推進技(jì)術(shù)也存在許多(duō)重大(dà)挑戰。首先，能量束必須在遠距離上(shàng)精确地對準目标；其次，飛船(chuán)必須要能夠極為(wèi)高(gāo)效地利用所提供的能量；另外，産生(shēng)能量束裝置的功率必須非常強大(dà)——在某些(xiē)情況下，所需的能量甚至超過了目前人(rén)類的總能量輸出。

可(kě)行(xíng)性：存在極大(dà)的技(jì)術(shù)挑戰。

時(shí)空(kōng)扭曲技(jì)術(shù)

1994年，英國威爾士卡迪夫大(dà)學物理(lǐ)學家(jiā)米格爾·阿爾庫比雷首次提出了類似《星際迷航》中的時(shí)空(kōng)扭曲技(jì)術(shù)。這一技(jì)術(shù)将使用尚未被發現的、具有(yǒu)負質量和(hé)負壓力的“奇異物質”。它可(kě)以扭曲時(shí)空(kōng)，從而使飛船(chuán)快速接近前方的空(kōng)間(jiān)，而後方的空(kōng)間(jiān)在不斷擴張。飛船(chuán)就好像處于一個(gè)不斷膨脹的“彎曲泡”中，可(kě)以飛得(de)比光速快，而且不會(huì)違背相對論的原理(lǐ)。

然而，這種技(jì)術(shù)存在許多(duō)問題。首先，為(wèi)了維持這種時(shí)空(kōng)扭曲，需要巨大(dà)的能量，這種能量或許會(huì)比整個(gè)宇宙的全部能量都要大(dà)。其次，它會(huì)産生(shēng)大(dà)量威脅宇航員生(shēng)命的輻射。另外，也沒有(yǒu)證據表明(míng)存在這樣一種特殊的物質。

更為(wèi)關鍵的是，2002年發表的計(jì)算(suàn)證明(míng)，飛船(chuán)無法往“彎曲泡”的前方發送信号，這就意味着宇航員将無法操控飛船(chuán)。事實上(shàng)，無論能提供多(duō)少(shǎo)能量，從物理(lǐ)學上(shàng)講似乎都不可(kě)能産生(shēng)這樣的“彎曲泡”。

可(kě)行(xíng)性：顯然不可(kě)能。

蟲洞利用技(jì)術(shù)

自從愛(ài)因斯坦的廣義相對論被廣泛接受以來(lái)，人(rén)們已經從理(lǐ)論上(shàng)證明(míng)蟲洞可(kě)能存在。“蟲洞”這個(gè)概念是創造了“黑(hēi)洞”一詞的美國著名物理(lǐ)學家(jiā)約翰·惠勒提出的，意思是宇宙中可(kě)能存在連接兩個(gè)不同時(shí)空(kōng)的狹窄隧道(dào)。

關鍵的問題是，蟲洞确實存在嗎？如果存在，我們是否能夠從中穿過？遺憾的是，這兩個(gè)問題的答(dá)案很(hěn)可(kě)能都是“不”。

如果蟲洞要存在，就必須要由上(shàng)文中阿爾庫比雷所提出的“奇異物質”來(lái)穩定，但(dàn)是目前還(hái)沒有(yǒu)發現這樣的物質。另外，雖然可(kě)以用特殊的負能量場(chǎng)來(lái)維持蟲洞處于張開(kāi)的狀态，但(dàn)進入蟲洞的任何物質或者能量都會(huì)立即使它關閉。不過，20世紀90年代俄羅斯物理(lǐ)學家(jiā)謝爾蓋·克拉斯尼可(kě)夫提出了一種不同類型的蟲洞。由于自身可(kě)以制(zhì)造出“奇異物質”，因此這一類型的蟲洞可(kě)以自我維持。

另一個(gè)明(míng)顯反對蟲洞的理(lǐ)由是，如果蟲洞可(kě)以用于穿越空(kōng)間(jiān)，那(nà)麽它也可(kě)以被用來(lái)創建一種時(shí)間(jiān)機器(qì)。這将違反因果規律。

可(kě)行(xíng)性：幾乎肯定不可(kě)能。

多(duō)維空(kōng)間(jiān)技(jì)術(shù)

通(tōng)常能夠看到的宇宙空(kōng)間(jiān)是三維的。德國物理(lǐ)學家(jiā)布克哈德·海姆提出，如果宇宙存在更多(duō)的空(kōng)間(jiān)維度，飛船(chuán)則可(kě)以穿行(xíng)其中，實現極端速度。不過布克哈德·海姆的這一想法在很(hěn)大(dà)程度上(shàng)是不可(kě)理(lǐ)解的，也從來(lái)沒有(yǒu)得(de)到過同行(xíng)們的認可(kě)。

可(kě)行(xíng)性：難以理(lǐ)解。