來自星際飛行的10項(xiàng)新技術(shù)

邁克爾·馬歇爾

在1961年，蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林成為人類進(jìn)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(yuǎn)距離。

目前的太空飛行技術(shù)——化學(xué)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(yuǎn)。

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

如果人類真的想進(jìn)行深空星際旅行，就需要采用一些新的技術(shù)。下面就是專家提出的未來星際飛行的10項(xiàng)新技術(shù)。這些技術(shù)范圍廣泛，可行性大不相同，有些可能不久就能夠?qū)崿F(xiàn)，有些也許根本就不可能實(shí)現(xiàn)。

01離子推進(jìn)器

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常規(guī)火箭是通過尾部噴出高速熱氣體產(chǎn)生推力前進(jìn)的。離子推進(jìn)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(jìn)器產(chǎn)生的推力較小，但產(chǎn)生相同的推力所需要的燃料要比常規(guī)火箭少得多。只要離子推進(jìn)器能夠長期穩(wěn)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(jìn)器，例如日本的“隼鳥”號(hào)小行星探測器和歐洲航天局的SMART-1月球探測器，這一技術(shù)正在逐步完善。

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

VASIMR的工作原理是：在強(qiáng)大的磁場中，離子會(huì)以固定的頻率旋轉(zhuǎn)，將射頻發(fā)生器調(diào)到這個(gè)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(jié)果相當(dāng)好。專家認(rèn)為，如果一切順利，VASIMR將能夠推動(dòng)載人飛船在39天內(nèi)到達(dá)火星。

可行性：數(shù)年后可能實(shí)現(xiàn)。

02核聚變動(dòng)力火箭

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在火箭上安裝一個(gè)聚變反應(yīng)堆，利用核聚變反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量推動(dòng)火箭，這就是核聚變動(dòng)力火箭。大多數(shù)核聚變反應(yīng)堆都是用被稱為“托卡馬克”的裝置來驅(qū)動(dòng)聚變反應(yīng)的。該裝置極為笨重，并不適用于火箭。核聚變動(dòng)力火箭用慣性約束核聚變。這種設(shè)計(jì)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(fā)外層爆炸，進(jìn)而推動(dòng)內(nèi)層物質(zhì)，觸發(fā)核聚變。當(dāng)核聚變反應(yīng)發(fā)生后，磁場會(huì)引導(dǎo)所產(chǎn)生的高溫離子從火箭尾部噴出，實(shí)現(xiàn)核聚變火箭的推進(jìn)。

20世紀(jì)70年代，英國星際學(xué)會(huì)詳細(xì)地研究了這一類型的核聚變動(dòng)力火箭，它們可以在50年內(nèi)把人類送往另一個(gè)星系。美中不足的是，盡管研究人員已經(jīng)努力了幾十年，但是至今還沒有一個(gè)可以工作的核聚變反應(yīng)堆。

可行性：有可能，但最少還要幾十年。

03核脈沖推進(jìn)技術(shù)

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這種技術(shù)的基本思想是：通過定期扔出核彈推動(dòng)火箭前進(jìn)。

美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）曾經(jīng)于1955年在代號(hào)為“獵戶座”的項(xiàng)目中認(rèn)真地研究了核脈沖推進(jìn)技術(shù)，以設(shè)計(jì)出一種快速的星際旅行方案。即使按照今天的標(biāo)準(zhǔn)來看，DARPA的設(shè)計(jì)也非常宏偉，它需要建造一個(gè)很大的減震器，外加一個(gè)用于保護(hù)乘客的輻射防護(hù)罩。這種方案看起來可行，但它可能會(huì)對(duì)地球大氣層造成嚴(yán)重的輻射。當(dāng)首批核試驗(yàn)禁令頒布以后，這一計(jì)劃最終于20世紀(jì)60年代被取消。

盡管存在許多擔(dān)憂，一些科學(xué)家仍然在繼續(xù)提出新的核脈沖推進(jìn)方案。從理論上來說，一艘由核彈驅(qū)動(dòng)的飛船速度可以達(dá)到光速的1/10，以這樣的速度到達(dá)最近的星系只需要40年。

可行性：完全有可能實(shí)現(xiàn)，但存在風(fēng)險(xiǎn)。

04巴薩德沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

1960年，美國物理學(xué)家羅伯特·巴薩德提出沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)概念。它的原理和核聚變動(dòng)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(zhì)，然后用強(qiáng)大的磁場吸收這些氫離子做燃料。

由于星際空間中氫物質(zhì)很少，該發(fā)動(dòng)機(jī)的磁場必須足夠大，甚至要延伸到數(shù)百乃至數(shù)千千米之外，才能獲得足夠的燃料。如果發(fā)射前進(jìn)行精密的計(jì)算，設(shè)計(jì)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(dá)目標(biāo)行星的路途會(huì)曲折很多。

可行性：存在巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

05太陽帆

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太陽帆依靠太陽光的能量前進(jìn)，該技術(shù)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(xié)會(huì)設(shè)計(jì)的世界第一艘太陽帆飛船“宇宙1號(hào)”因?yàn)榛鸺七M(jìn)器出現(xiàn)故障，發(fā)射失敗。

盡管在初期出現(xiàn)了各種問題，但是太陽帆仍然是一個(gè)非常有前途的太空技術(shù)，至少它可以保證在太陽系內(nèi)飛行時(shí)，得到太陽光最強(qiáng)大的推進(jìn)力。

可行性：完全有可能，但適應(yīng)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(fēng)提供推動(dòng)力，而不是太陽光。

太陽風(fēng)是一種擁有自己磁場的帶電粒子流。科學(xué)家的設(shè)想是，在太空飛船周圍制造一個(gè)與太陽風(fēng)磁場相排斥的磁場，這樣就可利用磁場的排斥力推動(dòng)飛船飛行。

另一個(gè)變種是“太空蜘蛛網(wǎng)”。這種技術(shù)是在太空飛船周圍延伸出一個(gè)帶正電的電網(wǎng)，使之與太陽風(fēng)中大量的正離子相斥，從而獲得推進(jìn)力。

理論上，磁場帆或類似的其他技術(shù)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(dāng)它們遠(yuǎn)離太陽的時(shí)候，陽光和太陽風(fēng)的強(qiáng)度就會(huì)急劇下降，因此，無法達(dá)到飛往其他恒星所必需的速度。

可行性：只適合太陽系內(nèi)旅行。

07能量束推進(jìn)技術(shù)

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

另一種相似的技術(shù)是由美國物理學(xué)家和科幻小說家格雷戈里·本福德提出的，他認(rèn)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(fā)出微波束蒸發(fā)這些涂料，從而產(chǎn)生推力。

能量束推進(jìn)技術(shù)也存在許多重大挑戰(zhàn)。首先，能量束必須精確地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)；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(chǎn)生能量束的裝置的功率必須非常強(qiáng)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(shù)挑戰(zhàn)。

08時(shí)空扭曲技術(shù)

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1994年，英國威爾士卡迪夫大學(xué)的物理學(xué)家米格爾·阿爾庫比雷首次提出了類似《星際迷航》中的時(shí)空扭曲技術(shù)。這一技術(shù)將用尚未被發(fā)現(xiàn)的、具有負(fù)質(zhì)量和負(fù)壓力的“奇異物質(zhì)”扭曲時(shí)空，使飛船快速接近前方的空間。飛船后方的空間不斷擴(kuò)張，它就好像處于一個(gè)不斷膨脹的“彎曲泡”中，可以飛得比光還快，而且不會(huì)違背相對(duì)論的原理。

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

更為關(guān)鍵的是，2002年發(fā)表的計(jì)算證明，飛船無法往“彎曲泡”的前方發(fā)送信號(hào)，這就意味著宇航員將無法操控飛船。事實(shí)上，無論能提供多少能量，從物理學(xué)上講似乎都不可能產(chǎn)生這樣的“彎曲泡”。

可行性：顯然不可能。

09蟲洞技術(shù)

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

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

蟲洞穩(wěn)定存在的前提是阿爾庫比雷提出的“奇異物質(zhì)”存在，但是目前還沒有發(fā)現(xiàn)這樣的物質(zhì)。

另外，雖然可以用特殊的負(fù)能量場來維持蟲洞處于張開的狀態(tài)，但一旦有物質(zhì)或能量進(jìn)入蟲洞，它都會(huì)立即關(guān)閉。

20世紀(jì)90年代，俄羅斯物理學(xué)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(zhì)”，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(chuàng)建時(shí)間機(jī)器，這違反因果規(guī)律。

可行性：幾乎不可能。

10多維空間技術(shù)

我們能夠看到的宇宙空間是三維的。德國物理學(xué)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(shí)現(xiàn)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(rèn)可。

可行性：難以理解。endprint