来自星际飞行的10项新技术

迈克尔·马歇尔

在1961年，苏联宇航员尤里·加加林成为人类进入太空第一人。8年以后，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和巴茨·奥尔德林成功登上了月球。这是至今为止人类所到过的最远距离。

目前的太空飞行技术——化学燃料火箭——无法用于长距离的深空飞行，所以人类未能走得更远。

美国的“阿波罗10号”宇宙飞船是迄今速度最快的载人航天器，其最高速度达到了每小时39895千米。即使以这个速度飞行，到达距离地球最近的恒星系统——4光年远的半人马座阿尔法星系也需要12万年的时间。

如果人类真的想进行深空星际旅行，就需要采用一些新的技术。下面就是专家提出的未来星际飞行的10项新技术。这些技术范围广泛，可行性大不相同，有些可能不久就能够实现，有些也许根本就不可能实现。

01离子推进器

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常规火箭是通过尾部喷出高速热气体产生推力前进的。离子推进器的工作原理与其相同，但喷的是一束带电粒子或离子。

离子推进器产生的推力较小，但产生相同的推力所需要的燃料要比常规火箭少得多。只要离子推进器能够长期稳定工作，就能把飞行器加速到极高的速度。

目前，一些航天器已使用了离子推进器，例如日本的“隼鸟”号小行星探测器和欧洲航天局的SMART-1月球探测器，这一技术正在逐步完善。

最有希望成为更远太空旅行飞船推进器的是可变比冲磁等离子体火箭（VASIMR）。与通常采用强电场加速离子的离子推进器不同，VASIMR使用射频发生器（不是像用于无线电广播的发射器）把离子加热到100万摄氏度。

VASIMR的工作原理是：在强大的磁场中，离子会以固定的频率旋转，将射频发生器调到这个频率，为离子注入额外的能量，从而大幅度增加推力。VASIMR的初步测试结果相当好。专家认为，如果一切顺利，VASIMR将能够推动载人飞船在39天内到达火星。

可行性：数年后可能实现。

02核聚变动力火箭

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在火箭上安装一个聚变反应堆，利用核聚变反应堆产生的能量推动火箭，这就是核聚变动力火箭。大多数核聚变反应堆都是用被称为“托卡马克”的装置来驱动聚变反应的。该装置极为笨重，并不适用于火箭。核聚变动力火箭用惯性约束核聚变。这种设计以高功率能量束（通常是激光）取代磁场，通过剧烈引爆小颗粒燃料引发外层爆炸，进而推动内层物质，触发核聚变。当核聚变反应发生后，磁场会引导所产生的高温离子从火箭尾部喷出，实现核聚变火箭的推进。

20世纪70年代，英国星际学会详细地研究了这一类型的核聚变动力火箭，它们可以在50年内把人类送往另一个星系。美中不足的是，尽管研究人员已经努力了几十年，但是至今还没有一个可以工作的核聚变反应堆。

可行性：有可能，但最少还要几十年。

03核脉冲推进技术

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这种技术的基本思想是：通过定期扔出核弹推动火箭前进。

美国国防部高级研究计划局（DARPA）曾经于1955年在代号为“猎户座”的项目中认真地研究了核脉冲推进技术，以设计出一种快速的星际旅行方案。即使按照今天的标准来看，DARPA的设计也非常宏伟，它需要建造一个很大的减震器，外加一个用于保护乘客的辐射防护罩。这种方案看起来可行，但它可能会对地球大气层造成严重的辐射。当首批核试验禁令颁布以后，这一计划最终于20世纪60年代被取消。

尽管存在许多担忧，一些科学家仍然在继续提出新的核脉冲推进方案。从理论上来说，一艘由核弹驱动的飞船速度可以达到光速的1/10，以这样的速度到达最近的星系只需要40年。

可行性：完全有可能实现，但存在风险。

04巴萨德冲压式喷气发动机

1960年，美国物理学家罗伯特·巴萨德提出冲压式喷气发动机概念。它的原理和核聚变动力火箭一样，但不需要携带核燃料，而是电离周围太空中的氢物质，然后用强大的磁场吸收这些氢离子做燃料。

由于星际空间中氢物质很少，该发动机的磁场必须足够大，甚至要延伸到数百乃至数千千米之外，才能获得足够的燃料。如果发射前进行精密的计算，设计出飞船飞行的精确轨道，或许可以不需要巨大的磁场，但到达目标行星的路途会曲折很多。

可行性：存在巨大的技术挑战。

05太阳帆

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太阳帆依靠太阳光的能量前进，该技术已在真空室中成功测试，在太空轨道上的测试却失败了。2005年，美国行星协会设计的世界第一艘太阳帆飞船“宇宙1号”因为火箭推进器出现故障，发射失败。

尽管在初期出现了各种问题，但是太阳帆仍然是一个非常有前途的太空技术，至少它可以保证在太阳系内飞行时，得到太阳光最强大的推进力。

可行性：完全有可能，但适应空间有限。

06磁场帆

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磁场帆是太阳帆的变种。与太阳帆不同的是，磁场帆是由太阳风提供推动力，而不是太阳光。

太阳风是一种拥有自己磁场的带电粒子流。科学家的设想是，在太空飞船周围制造一个与太阳风磁场相排斥的磁场，这样就可利用磁场的排斥力推动飞船飞行。

另一个变种是“太空蜘蛛网”。这种技术是在太空飞船周围延伸出一个带正电的电网，使之与太阳风中大量的正离子相斥，从而获得推进力。

理论上，磁场帆或类似的其他技术还可以利用行星的磁场来使飞船改变自身的轨道，甚至驶离行星际空间。然而，太阳帆和磁场帆都不适合星际旅行。当它们远离太阳的时候，阳光和太阳风的强度就会急剧下降，因此，无法达到飞往其他恒星所必需的速度。

可行性：只适合太阳系内旅行。

07能量束推进技术

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如果太阳没有足够的能量推动真正的高速星际飞船，也许可以通过向飞船发射能量束来做到这一点。从地面上发射强大的激光，烧蚀飞船尾部的特殊金属，使金属逐渐蒸发形成蒸汽，从而提供推进力。endprint

另一种相似的技术是由美国物理学家和科幻小说家格雷戈里·本福德提出的，他认为，可以为飞船装配涂有特殊涂料的太阳帆，然后从地球上发出微波束蒸发这些涂料，从而产生推力。

能量束推进技术也存在许多重大挑战。首先，能量束必须精确地对准目标；其次，飞船必须能够极为高效地利用能量束提供的能量；另外，产生能量束的装置的功率必须非常强大——在某些情况下，所需的能量甚至超过了目前人类的总能量输出。

可行性：存在极大的技术挑战。

08时空扭曲技术

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1994年，英国威尔士卡迪夫大学的物理学家米格尔·阿尔库比雷首次提出了类似《星际迷航》中的时空扭曲技术。这一技术将用尚未被发现的、具有负质量和负压力的“奇异物质”扭曲时空，使飞船快速接近前方的空间。飞船后方的空间不断扩张，它就好像处于一个不断膨胀的“弯曲泡”中，可以飞得比光还快，而且不会违背相对论的原理。

然而，这种技术存在许多问题。首先，维持这种时空扭曲需要巨大的能量，这种能量或许会比整个宇宙的全部能量都大；其次，它会产生大量威胁宇航员生命的辐射；另外，也没有证据表明存在这样一种特殊的物质。

更为关键的是，2002年发表的计算证明，飞船无法往“弯曲泡”的前方发送信号，这就意味着宇航员将无法操控飞船。事实上，无论能提供多少能量，从物理学上讲似乎都不可能产生这样的“弯曲泡”。

可行性：显然不可能。

09虫洞技术

“虫洞”是创造了“黑洞”一词的著名物理学家约翰·惠勒提出的，是指宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。

关键的问题是，虫洞确实存在吗？如果存在，我们是否能够从中穿过？遗憾的是，这两个问题的答案很可能都是“不”。

虫洞稳定存在的前提是阿尔库比雷提出的“奇异物质”存在，但是目前还没有发现这样的物质。

另外，虽然可以用特殊的负能量场来维持虫洞处于张开的状态，但一旦有物质或能量进入虫洞，它都会立即关闭。

20世纪90年代，俄罗斯物理学家谢尔盖·克拉斯尼可夫提出了一种不同类型的虫洞。这种虫洞自身可以制造出“奇异物质”，因此可以自我维持。另外，如果虫洞可以用于穿越空间，那它也可以被用来创建时间机器，这违反因果规律。

可行性：几乎不可能。

10多维空间技术

我们能够看到的宇宙空间是三维的。德国物理学家布克哈德·海姆提出，如果宇宙存在更多的空间维度，飞船则可以穿行其中，实现极端速度。不过布克哈德·海姆的这一想法在很大程度上是不可理解的，也从来没有得到过同行的认可。

可行性：难以理解。endprint