如何挑选宇宙飞船的引擎？

刘纾骅

人类在以弱势群体的姿态出现在这颗古老的蓝色星球之后，花了几十万年的时间，与凶猛的掠食者们搏斗，自强不息地学习，终于稳步站上了食物链的顶端—可以在一个安全的环境里聚集繁衍，不用担心明天会挨饿。

在黑夜燃起一堆篝火、载歌载舞的年代，总有些不那么擅长歌舞的人抱着双膝坐在暗处，盯着天上散发着柔和光芒的月亮，琢磨着“登月”会不会变成众人瞩目的焦点。通过一代代文人的加工润色，嫦娥奔月、鹊桥相会这种古老、浪漫的宇宙旅行故事，成为人类梦想的最好佐证。从凝视星空的第一眼起，到飞出大气层、探索宇宙空间，这段人类历史放在宇宙的尺度下，其实特别短暂。

从霓裳羽衣到月球漫步，大概只有两千年。从“大炮飞船”到超光速宇宙飞船，只有100多年。

《星球大战7》中的“千年隼”

“大炮飞船”

随着大航海时代的到来，有着旺盛好奇心的探险家几乎把地表探索得所剩无几，但是，人类对未知的渴望依然有增无减。这时，宇宙的神秘面纱开始逐渐被揭开，科学巨人对真理的上下求索，开始令人类迈出“向外看”的第一步。

伽利略在力学方面的大量奠基工作，对月球和火星的观测，催生了“牛顿三定律”的问世。从那时起，人们仰望星空之时，不再只有浪漫的幻想，而是开始明确地意识到：如果达到某种条件，人类可以借助科学的力量，摆脱地球引力的束缚，穿越浩渺的宇宙空间，接近或踏上目力所及的美丽星星。

科幻小说家们为大众描绘了不少光鲜亮丽、惹人遐想的“蓝图”。在经典力学架构基本完成的18、19世纪，工业革命已经获得丰硕成果，以“进化论”为代表的新理论逐渐深入人心，人们对科技的颠覆性怀有巨大的期待：世界会变成什么样？未来的世界会好吗？

19世纪末、20世纪初，以凡尔纳和威尔斯为代表的科学幻想小说先驱，以敏锐的嗅觉、恢弘的笔触，给当时的读者前所未有的震撼。

威尔斯把对宇宙的憧憬主要放在了火星上。他喜欢描写火星人入侵的景象。1938年，哥伦比亚广播公司的空中水银剧场播出了威尔斯的《火星人入侵地球》，引发了听众的大恐慌—人们还以为火星人真的来了。

凡尔纳的杰作《从地球到月球》一书中，炮弹宇宙飞船的出现，成为后来所有科幻作品中星际宇宙飞船的鼻祖。“大炮飞船”顾名思义，只是一颗大炮弹，并没有高科技引擎，是发射之后就只能靠着惯性行动的“一锤子买卖”。它的里面有简易的减震装置—水和弹簧，用氯酸钾和苛性钾制造氧气，还有简易家具、食物，以及三个人和一条狗。虽然该小说有一些硬伤，比如大炮炮管长度不够，如果长度够了减压又不够，但是想法已经难能可贵。当时的人类还完全不知道大气层外是极其寒冷的真空环境，月球上也没有空气，所以该小说和它的续集《环绕月球》里，都不乏异想天开的情节。

超越光速是星系间航行、贸易和战争的基础。

不过，“大炮飞船”作为第一艘想象中的宇宙飞船，扎扎实实地超越了当时已被科学家推导出来的第二宇宙速度。凡尔纳本人也没有料到，这一发“哥伦比亚炮弹”为整个科幻小说史乃至现实的科学界，都带来了极为深远的影响。甚至“阿波罗”登月计划跟小说里的一些细节也高度相似—发射的地点都是佛罗里达州卡纳维拉尔角，宇航员都是三人，且“阿波罗11号”返回地球墜入大海的地点，和小说也只差几十公里—一方面是小说的科学性够“硬”，一方面也是由于它的文化影响力巨大。这是虚构情节影响历史进程的经典范例之一。

超越光速

当人们还没有从哥伦比亚大炮的巨响中清醒过来，时间早已快步走入了20世纪。1905年，一个20多岁的犹太青年发表了一篇叫作《论动体的电动力学》的论文，他挥舞着锋利无比的相对论，为物理学界劈开了一方新天。

同时，嗅觉敏锐的科幻小说家们也进入了写作的春天，而萧条和战争暂时中断了这个短暂的春天。第二次世界大战中核武器展现出的巨大威力，在所有地球人的头上都吊起了一把达摩克利斯剑。于是，核技术的高度运用，也成为相当一部分科幻作品的创作源泉。

20世纪中叶，随着战后一些新的物理假说的提出，以及以“科幻三巨头”—海因莱因、阿西莫夫、阿瑟·克拉克为代表的科幻作家的崛起，科学幻想小说正式进入了黄金时代。带着花样繁多的设计风格、动力供给方式，宇宙飞船遨游在想象中的宇宙里，但质能方程的提出，也让所有有志于描写宇宙航行的科幻作家，在展开宏大的太空歌剧情节之时，面前有了一堵默默伫立的高墙—光速。

光速在现阶段是无法超越的。而且，即使飞船能够达到理论最高速度的光速，人类的短暂寿命也远远无法承载那漫长的航行。可以说，以宇宙为背景的科幻小说，最基本的构想首先是要想出高航行动力甚至超光速的方法—超越光速是星系间航行、贸易和战争的基础。

《星球大战3》中，帝国歼星舰驶向死星

科幻作品中最著名的宇宙飞船，要算《星际迷航》里的“企业号”了

超空間引擎在速度上要超过曲率引擎不少，不过风险和限制也比较大。

多样引擎

科幻作品中最著名的宇宙飞船，要算《星际迷航》里的“企业号”（进取号）了。“企业号”承载着浓浓的人文情怀，带着不同文化背景、不同星球、不同人（物）种的宇航员们，在宇宙的各个角落主持正义、排难解纷。正像《星际迷航》里描述的一样：“宇宙，人类最后的边疆。这是星舰‘企业号的航程。它继续的任务，是去探索未知的新世界，找寻新的生命和新的文明，勇敢地航向前人所未至的领域。”

在《星际迷航》里，叫“企业号的飞船有很多艘，这些舰船最大的共同点就是都使用了曲率引擎。曲率引擎的原理是，引擎以波动方式展延空间，导致飞船前方的空间收缩而后方的空间扩张，前后所连成的轴向即为船想要航行的方向。

飞船在一个区间内乘着波动前进，这区间称为“曲速泡”，是一段平坦时空。简单说来，就是以收缩和扩张星舰前后空间的方式让星舰的航程缩短，用这种方式在不违反相对论的情况下超越光速。

这一理论在1994年阿库别瑞博士的论文中得到了详细阐述，所以曲率引擎也被叫作阿库别瑞引擎。曲率引擎是科幻小说中重要的一个引擎派系，而令广大科幻迷们津津乐道的是，中国科幻作家刘慈欣在《三体》中也引入了曲率引擎概念，并把它加以发挥，作为文明达到一个先进程度的里程碑。

日本作家田中芳树的名作《银河英雄传说》中，飞船上的瓦普（Warp）跳跃引擎虽然跟曲率引擎用词相同，但其实说的是另一种超光速的方法。它本质上是空间的折叠，如同把一张白纸弯曲，让两个点重合达成最短接触的方式—在现实世界的三维空间里重复类似的过程，就能让宇宙旅行实现一点到另一点的跳跃，从而缩短距离，超越光速。日本人气漫画《哆啦A梦》中，星际飞船也采用了这种类似宇宙蛙跳的驱动方式。

在影响力上堪与《星际迷航》系列并驾齐驱的就是《星球大战》系列电影了。“星战”系列中最引人瞩目的飞船，莫过于无比壮观的歼星舰。乘坐歼星舰行走江湖十分“拉风”，就好像“二战”前风光无限的战列舰。每每歼星舰“露面”，电影现场的星战迷就会发出热烈的欢呼。

歼星舰这种大型飞船，使用的是超空间引擎。超空间引擎的基本原理是：动力发生器会通过长达几千米的超导线圈，来增强并改变熔解反应堆中的能量。接着，超空间引擎的水平升压器会为电离室供能，开始点燃并释放射线。这个过程会产生时空矩阵中的“涟漪”，使飞船随着时空涟漪进入超空间航行。

简单来说，就是通过制造时空涟漪，让飞船进入比目前维度更高维的空间，从高维空间抄捷径到达目的地。如果相比的话，超空间引擎在速度上要超过曲率引擎不少，不过风险和限制也比较大。它要求必须具备目的地的准确坐标。

在一些无需宏大场面的科幻作品中，亚光速引擎挑起了大梁。因为长途飞行耗时极长，飞船本身不能携带自重占比太大的燃料，所以很多科学家和科幻小说家在引擎的持续推进性上，进行了大胆的假设。比如美国科学家巴萨德在1960年提出星际冲压发动机的构想。星际冲压发动机其实也是一种聚变发动机，通过巨大的磁场漏斗，捕捉散布在宇宙空间中的氘，把它作为燃料。这样飞船就无需携带燃料，又能不断加速达到无限接近光速。这种发动机也在《宇宙过河卒》《环形世界》等作品中得到了经典诠释。

还有一种宇宙中“常见”的能量源就是光能帆了。光能帆最早的原型是太阳能帆，在阿瑟·克拉克的短篇小说《太阳帆船》中有惊艳的出场。1984年，物理学家沃福德提出了用激光聚焦推动激光帆的理念，这种引擎利用太阳能泵浦激光器，产生稳定的能源来推动飞船前行。如果激光的输出功率足够大，激光帆驱动的飞船也可以无限接近光速，并极大地节省燃料。可以说，激光帆技术是目前人类最可行的宇宙航行技术之一。

还有一些科幻作家打开了足够大的脑洞。比如，根据霍金辐射理论和科学家韦勒的发现而假设的黑洞引擎。科幻卡通《蓝宝石之谜》中，还有以1953年科学家桑格提出的反物质推进星舰为理论基础的湮灭引擎，它可以分离水中的氢原子核，使它们转化为反质子，两种粒子互相湮灭产生巨大能量，再使用能量交换器，直接把湮灭的能量转化为电能和动能。

这些引擎其实绝大部分还没有进入具体实验阶段，高企的技术壁垒尚不知需要多久才能被攻克，但人类最大的财富就是如万花筒一般变化多端、无远弗届的想象力。现在可以在电影、卡通里尽情遨游星海，而未来的人类定会在旷阔无垠的宇宙空间中开展人生。别忘了，在宇宙的尺度上看，这点时间非常短暂。