星际旅行可能吗？

Paul M. Sutter 是俄亥俄州立大学的天体物理学家，Ask a Spaceman 和 Space Radio 的主持人，以及“你在宇宙中的位置”的作者。Sutter 为 Space.com 的 Expert Voices: Op-Ed & Insights 贡献了这篇文章。星际太空旅行。我们心中每个五岁孩子的幻想。科幻连续剧的主食。以一种非常棒的方式大胆地去以前没有人去过的地方。随着我们的火箭和太空探测器变得越来越先进，问题就出现了：我们能希望殖民恒星吗？或者，除非那个遥远的梦想，我们至少可以向外星行星发送太空探测器，让他们告诉我们他们看到了什么？事实上，星际旅行和探索在技术上是可能的。没有任何物理定律完全禁止它。但这并不一定会让它变得容易，当然也不意味着我们会在有生之年实现它，更不用说本世纪了。星际太空旅行是一个真正的颈部疼痛。如果你有足够的耐心，那么我们已经达到了星际探索的状态。我们有几个航天器在逃逸轨道上，这意味着它们将离开太​​阳系并且永远不会回来。美国宇航局的先驱者任务、航海者任务以及最近的新视野号都已经开始了他们漫长的向外旅程。航海者号现在尤其被认为是在太阳系之外，太阳系被定义为从太阳发出的太阳风让位于一般银河背景粒子和尘埃的区域。很好;我们目前正在运行星际空间探测器。但问题是他们的进展速度并不快。这些勇敢的星际探险家中的每一个都以每小时数万英里的速度行驶，这听起来相当快。他们没有朝着任何特定恒星的方向前进，因为他们的任务旨在探索太阳系内的行星。但是，如果这些航天器中的任何一个前往距离我们最近的邻居比邻星，距离只有 4 光年，它们将在大约 80,000 年后到达它。我不了解你，但我认为 NASA 不会为这些时间表制定预算。此外，当这些探测器到达任何有趣的地方时，它们的核电池早就没电了，只是无用的大块金属在虚空中飞驰。如果你仔细想想，这算是一种成功：我们的祖先不像我们的祖先能够完成在星星之间随意扔垃圾这样的壮举，但它可能也不是你想象的星际太空旅行的样子。为了使星际太空飞行更合理，探测器必须非常快。至少是光速的十分之一。以这种速度，航天器可以在几十年内到达比邻星，并在几年后发回照片，在人类有生之年。要求开始任务的同一个人来完成它真的那么不合理吗？

达到这些速度需要大量的能量。一种选择是将这种能量作为燃料包含在航天器上。但如果是这样的话，额外的燃料会增加质量，这使得将其推进到这些速度变得更加困难。有一些核动力航天器的设计和草图试图实现这一点，但除非我们想开始建造成千上万枚核弹以放入火箭，否则我们需要提出其他想法。也许最有前途的想法之一是保持航天器的能源固定，并在航天器旅行时以某种方式将能量传输到航天器。一种方法是使用激光。辐射擅长将能量从一个地方传输到另一个地方，尤其是在遥远的太空中。然后航天器可以捕获这种能量并推动自己前进。这就是突破性摄星项目背后的基本理念，该项目旨在设计一种能够在几十年内到达最近恒星的航天器。在这个项目的最简单的轮廓中，一个 100 吉瓦数量级的巨型激光射向地球轨道航天器。那个航天器有一个巨大的太阳帆，它具有令人难以置信的反射性。激光从帆上反弹，为航天器提供动力。问题是，一个 100 吉瓦的激光器只有一个沉重的背包的力量。你没有读错。如果我们向飞船发射这种激光大约 10 分钟，为了达到光速的十分之一，飞船的重量不会超过 1 克。当涉及使航天器以所需的速度行驶时，这就是橡胶与星际道路相遇的地方。激光器本身的功率为 100 吉瓦，比我们设计的任何激光器都要强大许多数量级。为了让您了解规模，100 吉瓦是在美国运营的每个核电站的总容量。航天器的质量必须不超过回形针，它必须包括相机、计算机、电源、电路、外壳、用于回家通信的天线以及整个光帆本身。那个光帆必须几乎完全反射。如果它吸收入射激光辐射的一小部分，它就会将能量转化为热量而不是动量。在 100 吉瓦时，这意味着直接熔化，这通常被认为对航天器不利。一旦加速到光速的十分之一，真正的旅程就开始了。 40 年来，这艘小飞船将不得不经受住星际空间的考验和艰辛。它将以如此巨大的速度受到尘埃颗粒的影响。虽然灰尘非常小，但在这样的速度下，微尘会造成难以置信的破坏。宇宙射线是从太阳到遥远的超新星的所有物体发出的高能粒子，会干扰内部的精密电路。一旦旅程开始，飞船就会不停地受到这些宇宙射线的轰击。

突破星射有可能吗？原则上，是的。就像我上面说的，没有任何物理定律可以阻止这一切成为现实。但是，使用我们当前的技术水平（或对我们技术不久的将来的合理预测），这并不容易，甚至可能或合理甚至可行。我们真的能制造出如此小巧轻便的航天器吗？我们真的能制造出如此强大的激光吗？这样的任务真的能经受住深空的挑战吗？答案不是是或不是。真正的问题是：我们是否愿意花足够的钱来确定是否有可能？通过收听“星际旅行可能吗？”这一集了解更多信息。在 Ask A Spaceman 播客上，可在 iTunes 和网站 http://www.askaspaceman.com 上找到。感谢@infirmus、Amber D.、neo 和 Alex V. 提出的导致本文的问题！在 Twitter 上使用 #AskASpaceman 或通过关注 Paul @PaulMattSutter 和 facebook.com/PaulMattSutter 提出您自己的问题。加入我们的太空论坛，继续谈论有关最新任务、夜空等的太空话题！如果您有新闻提示、更正或评论，请通过以下方式告诉我们：[email protected]。