來自星際飛行的10項新技術

邁克爾·馬歇爾

在1961年，蘇聯宇航員尤里·加加林成為人類進入太空第一人。8年以后，美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茨·奧爾德林成功登上了月球。這是至今為止人類所到過的最遠距離。

目前的太空飛行技術——化學燃料火箭——無法用于長距離的深空飛行，所以人類未能走得更遠。

美國的“阿波羅10號”宇宙飛船是迄今速度最快的載人航天器，其最高速度達到了每小時39895千米。即使以這個速度飛行，到達距離地球最近的恒星系統——4光年遠的半人馬座阿爾法星系也需要12萬年的時間。

如果人類真的想進行深空星際旅行，就需要采用一些新的技術。下面就是專家提出的未來星際飛行的10項新技術。這些技術范圍廣泛，可行性大不相同，有些可能不久就能夠實現，有些也許根本就不可能實現。

01離子推進器

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常規火箭是通過尾部噴出高速熱氣體產生推力前進的。離子推進器的工作原理與其相同，但噴的是一束帶電粒子或離子。

離子推進器產生的推力較小，但產生相同的推力所需要的燃料要比常規火箭少得多。只要離子推進器能夠長期穩定工作，就能把飛行器加速到極高的速度。

目前，一些航天器已使用了離子推進器，例如日本的“隼鳥”號小行星探測器和歐洲航天局的SMART-1月球探測器，這一技術正在逐步完善。

最有希望成為更遠太空旅行飛船推進器的是可變比沖磁等離子體火箭（VASIMR）。與通常采用強電場加速離子的離子推進器不同，VASIMR使用射頻發生器（不是像用于無線電廣播的發射器）把離子加熱到100萬攝氏度。

VASIMR的工作原理是：在強大的磁場中，離子會以固定的頻率旋轉，將射頻發生器調到這個頻率，為離子注入額外的能量，從而大幅度增加推力。VASIMR的初步測試結果相當好。專家認為，如果一切順利，VASIMR將能夠推動載人飛船在39天內到達火星。

可行性：數年后可能實現。

02核聚變動力火箭

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在火箭上安裝一個聚變反應堆，利用核聚變反應堆產生的能量推動火箭，這就是核聚變動力火箭。大多數核聚變反應堆都是用被稱為“托卡馬克”的裝置來驅動聚變反應的。該裝置極為笨重，并不適用于火箭。核聚變動力火箭用慣性約束核聚變。這種設計以高功率能量束（通常是激光）取代磁場，通過劇烈引爆小顆粒燃料引發外層爆炸，進而推動內層物質，觸發核聚變。當核聚變反應發生后，磁場會引導所產生的高溫離子從火箭尾部噴出，實現核聚變火箭的推進。

20世紀70年代，英國星際學會詳細地研究了這一類型的核聚變動力火箭，它們可以在50年內把人類送往另一個星系。美中不足的是，盡管研究人員已經努力了幾十年，但是至今還沒有一個可以工作的核聚變反應堆。

可行性：有可能，但最少還要幾十年。

03核脈沖推進技術

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這種技術的基本思想是：通過定期扔出核彈推動火箭前進。

美國國防部高級研究計劃局（DARPA）曾經于1955年在代號為“獵戶座”的項目中認真地研究了核脈沖推進技術，以設計出一種快速的星際旅行方案。即使按照今天的標準來看，DARPA的設計也非常宏偉，它需要建造一個很大的減震器，外加一個用于保護乘客的輻射防護罩。這種方案看起來可行，但它可能會對地球大氣層造成嚴重的輻射。當首批核試驗禁令頒布以后，這一計劃最終于20世紀60年代被取消。

盡管存在許多擔憂，一些科學家仍然在繼續提出新的核脈沖推進方案。從理論上來說，一艘由核彈驅動的飛船速度可以達到光速的1/10，以這樣的速度到達最近的星系只需要40年。

可行性：完全有可能實現，但存在風險。

04巴薩德沖壓式噴氣發動機

1960年，美國物理學家羅伯特·巴薩德提出沖壓式噴氣發動機概念。它的原理和核聚變動力火箭一樣，但不需要攜帶核燃料，而是電離周圍太空中的氫物質，然后用強大的磁場吸收這些氫離子做燃料。

由于星際空間中氫物質很少，該發動機的磁場必須足夠大，甚至要延伸到數百乃至數千千米之外，才能獲得足夠的燃料。如果發射前進行精密的計算，設計出飛船飛行的精確軌道，或許可以不需要巨大的磁場，但到達目標行星的路途會曲折很多。

可行性：存在巨大的技術挑戰。

05太陽帆

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太陽帆依靠太陽光的能量前進，該技術已在真空室中成功測試，在太空軌道上的測試卻失敗了。2005年，美國行星協會設計的世界第一艘太陽帆飛船“宇宙1號”因為火箭推進器出現故障，發射失敗。

盡管在初期出現了各種問題，但是太陽帆仍然是一個非常有前途的太空技術，至少它可以保證在太陽系內飛行時，得到太陽光最強大的推進力。

可行性：完全有可能，但適應空間有限。

06磁場帆

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磁場帆是太陽帆的變種。與太陽帆不同的是，磁場帆是由太陽風提供推動力，而不是太陽光。

太陽風是一種擁有自己磁場的帶電粒子流。科學家的設想是，在太空飛船周圍制造一個與太陽風磁場相排斥的磁場，這樣就可利用磁場的排斥力推動飛船飛行。

另一個變種是“太空蜘蛛網”。這種技術是在太空飛船周圍延伸出一個帶正電的電網，使之與太陽風中大量的正離子相斥，從而獲得推進力。

理論上，磁場帆或類似的其他技術還可以利用行星的磁場來使飛船改變自身的軌道，甚至駛離行星際空間。然而，太陽帆和磁場帆都不適合星際旅行。當它們遠離太陽的時候，陽光和太陽風的強度就會急劇下降，因此，無法達到飛往其他恒星所必需的速度。

可行性：只適合太陽系內旅行。

07能量束推進技術

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如果太陽沒有足夠的能量推動真正的高速星際飛船，也許可以通過向飛船發射能量束來做到這一點。從地面上發射強大的激光，燒蝕飛船尾部的特殊金屬，使金屬逐漸蒸發形成蒸汽，從而提供推進力。endprint

另一種相似的技術是由美國物理學家和科幻小說家格雷戈里·本福德提出的，他認為，可以為飛船裝配涂有特殊涂料的太陽帆，然后從地球上發出微波束蒸發這些涂料，從而產生推力。

能量束推進技術也存在許多重大挑戰。首先，能量束必須精確地對準目標；其次，飛船必須能夠極為高效地利用能量束提供的能量；另外，產生能量束的裝置的功率必須非常強大——在某些情況下，所需的能量甚至超過了目前人類的總能量輸出。

可行性：存在極大的技術挑戰。

08時空扭曲技術

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1994年，英國威爾士卡迪夫大學的物理學家米格爾·阿爾庫比雷首次提出了類似《星際迷航》中的時空扭曲技術。這一技術將用尚未被發現的、具有負質量和負壓力的“奇異物質”扭曲時空，使飛船快速接近前方的空間。飛船后方的空間不斷擴張，它就好像處于一個不斷膨脹的“彎曲泡”中，可以飛得比光還快，而且不會違背相對論的原理。

然而，這種技術存在許多問題。首先，維持這種時空扭曲需要巨大的能量，這種能量或許會比整個宇宙的全部能量都大；其次，它會產生大量威脅宇航員生命的輻射；另外，也沒有證據表明存在這樣一種特殊的物質。

更為關鍵的是，2002年發表的計算證明，飛船無法往“彎曲泡”的前方發送信號，這就意味著宇航員將無法操控飛船。事實上，無論能提供多少能量，從物理學上講似乎都不可能產生這樣的“彎曲泡”。

可行性：顯然不可能。

09蟲洞技術

“蟲洞”是創造了“黑洞”一詞的著名物理學家約翰·惠勒提出的，是指宇宙中可能存在的連接兩個不同時空的狹窄隧道。

關鍵的問題是，蟲洞確實存在嗎？如果存在，我們是否能夠從中穿過？遺憾的是，這兩個問題的答案很可能都是“不”。

蟲洞穩定存在的前提是阿爾庫比雷提出的“奇異物質”存在，但是目前還沒有發現這樣的物質。

另外，雖然可以用特殊的負能量場來維持蟲洞處于張開的狀態，但一旦有物質或能量進入蟲洞，它都會立即關閉。

20世紀90年代，俄羅斯物理學家謝爾蓋·克拉斯尼可夫提出了一種不同類型的蟲洞。這種蟲洞自身可以制造出“奇異物質”，因此可以自我維持。另外，如果蟲洞可以用于穿越空間，那它也可以被用來創建時間機器，這違反因果規律。

可行性：幾乎不可能。

10多維空間技術

我們能夠看到的宇宙空間是三維的。德國物理學家布克哈德·海姆提出，如果宇宙存在更多的空間維度，飛船則可以穿行其中，實現極端速度。不過布克哈德·海姆的這一想法在很大程度上是不可理解的，也從來沒有得到過同行的認可。

可行性：難以理解。endprint