星際旅行談何容易

陳育和

我們的這個銀河系包含約10的11次方（1011）顆恒星。那么現(xiàn)實生活中能實現(xiàn)去別的恒星旅行嗎？

為什么計劃星際旅行？

一些理由是具有科學性的。在最近的幾年中，天文學家在我們的銀河系中發(fā)現(xiàn)了200多個圍繞恒星運行的行星。在那些地方是不是有智能生物存在呢？上述行星的發(fā)現(xiàn)重新又引起了人們對“普通生物如何能在宇宙中生存”這個問題的興趣。然而，要證明其他圍繞別的恒星旋轉(zhuǎn)的行星上是否有生命存在談何容易。了解它們的生物學和演化史的詳細內(nèi)容也是不可能的，除非我們有一天能夠拜訪那些行星，直接觀察它們。

先鋒號和旅行者號星際飛船

到目前為止，世界上已經(jīng)有4艘人造宇宙飛船行駛在探索其他恒星的途中，它們是：先鋒1號、先鋒2號、旅行者1號和旅行者2號，它們發(fā)射于20均世紀70年代，原用于研究我們的太陽系的外層行星。現(xiàn)在它們卻直指其他恒星。然而，除了太陽外，離我們最近的恒星———人馬座a星，距離是4.2光年，以這些飛行器現(xiàn)在的速度（大約每秒10公里），它們到達該恒星也得花12萬年時間，并且它們要按直線行進。

如果我們想要在幾十年間到達離我們最近的恒星，就要以10%或20%的光速行進，因此這就需要設計一種比先鋒號和旅行者號的化學燃料推進器力量要大得多的推進器系統(tǒng)。

核燃料火箭

核燃料是顯然可行的，而且到目前星際飛船設計最先進細的研究就采用了這種方法。這就要提到20世紀70年代末期英國星際學會進行的以希臘神話人物代達羅斯命名的計劃。其目的就是要利用高新技術(shù)，設計一艘自動飛船，能夠?qū)o人駕駛的450噸的科學載荷加速到光速的12%。若以這種速度行進的話，到人馬座a星只需花36年時間。該推進器則是以氫的兩個同位素氘和氚之間的聚變反應為基礎(chǔ)。

在該項設計中，將含有氫同位素氘和氚的球丸灌入火箭發(fā)動機，它們被一個直線的能量射線所截取，將它們加熱并壓縮到出現(xiàn)聚變反應所需的高溫和密度。所產(chǎn)生的離子氣體云，由磁場所導向，用來產(chǎn)生推力。這一設計分為兩級，每一級將燃燒兩年，之后450噸的載重將以光速12%的速度自由飛行。

然而，為了獲得上述速度，則必須要有50000噸的核同位素。擁有這些燃料，我們的飛行器就必須有200米長才行，而且必須要包括一只超大的燃料箱，用來裝核燃料球芯塊。

有趣的是，自從“代達羅斯研究計劃”實施以來，美國已經(jīng)投入了數(shù)十億美元建設了位于加州的點火設施。從這些研究中得到直接應用于“代達羅斯飛行計劃”的核聚變推進器的設施。

“代達羅斯飛行研究計劃”想象的飛行器將在太空中建造。如此建造有以下幾個原因。第一，該飛行器過于龐大，在地球的引力下難以發(fā)射，而且在大氣層中給核能火箭點火是極為不可靠的。第二，氦-3（He）是一種稀有的同位素，它必須從木星的富含氦-3的大氣層中獲得。這樣做顯而易見是這個計劃的目的所在。

另一個與核能火箭相關(guān)的主要問題就是，不能隨意地停下來。載重5萬噸燃料將速度增加到光速的12%，那么就需要同樣大的能量才能停下來。這就是說，在第一級時加速到12%光速的“有效載荷”，就不會是450噸的科學有效載荷，而是要增加50000噸有效載荷才能使飛船減速。發(fā)射這種火箭需要數(shù)百萬噸的核燃料，這是完全不切合實際的。

因此，“代達羅斯飛行研究計劃”將只會是一次不能減速地在目標恒星邊緣飛行，而且這樣的效果也只有幾個小時。為了擴大在這一時間收集的信息數(shù)量，“代達羅斯飛行研究計劃”將配置許多的附屬探測器，盡可能多地接近各個行星。

反物質(zhì)火箭

核聚變將少量的聚變核的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量。然而，原理上，需要一個能將質(zhì)量百分百地轉(zhuǎn)化為能的物理過程，也就是說物質(zhì)與反物質(zhì)的相互湮滅原理。所有亞原子粒子（反電子和反質(zhì)子）與它們的“正常”伙伴帶的相反的電荷。這些粒子和反粒子都擁有通常的“正”質(zhì)量，如果它們相撞，就會轉(zhuǎn)化成能量。大多數(shù)反物質(zhì)火箭發(fā)動機的設計（嚴格地講是假想的）假設，少量反物質(zhì)將會與更大量的正常物質(zhì)（一種反應液體）混合。它能通過火箭噴嘴釋放膨脹的能量產(chǎn)生推進力。

獲得燃料

反物質(zhì)燃料有兩大問題。首先反物質(zhì)很難儲存，盡管從理論上講，磁場中可能包含它，避免它與普通物質(zhì)接觸直至需要為止。其次，任何反物質(zhì)在自然界出現(xiàn)（例如宇宙射線）并非單一的粒子可以馬上和物質(zhì)對滅，因此，如果我們要利用反物質(zhì)，首先就要制造它。

一般說來反物質(zhì)，可以在核物理實驗室中產(chǎn)生出來，但僅僅是少量的反粒子。反物質(zhì)的生產(chǎn)效率極低———所需產(chǎn)生的能量要比我們從反物質(zhì)的最終湮滅所獲得的能量大1000萬倍。這就需要我們建立一個專用的反物質(zhì)工廠。

現(xiàn)在，讓我們假設這種反物質(zhì)工廠每天0.0001的效率生產(chǎn)。而我們每年投資制造10公斤的反物質(zhì)需要多少能量呢？相當于目前全世界發(fā)電總?cè)萘康?00倍。顯然實現(xiàn)這一愿望還要到遙遠的將來。