能源與空間：新游戲，新進展

能源與空間：

新游戲，新進展

對化石能源終將枯竭的經(jīng)久恐懼，以及環(huán)境和氣候問題的日益凸顯，驅(qū)動著各國競相開發(fā)具備可再生性、利用率也更高的新能源。而能源領(lǐng)域的新進展，將直接決定太空飛行器的動力方案。

文 劉怡

2011年，發(fā)生在地球兩端的兩個看似不相干的事件從根本上改變了人們對能源市場前景的期待。日本東北部沿岸的9.0級地震造成福島第一核電站嚴重損毀，3座反應(yīng)堆堆芯熔毀、大量放射性物質(zhì)彌散，成為自1986年切爾諾貝利事件以來全球最嚴重的核事故。而在遙遠的北非和中東，政爭與內(nèi)戰(zhàn)在突尼斯、埃及、利比亞、敘利亞等多個國家接續(xù)爆發(fā)，不僅使全球油價在短期內(nèi)迅速飆升，還令維持近30年的中東地理政治平衡被徹底打破?？膊祭锲婺茉囱芯繀f(xié)會創(chuàng)始人耶金（Daniel Yergin）不禁感慨：“能源的重要性從來沒有變得如此突出！”

福島的案例顯示：一度被視為清潔能源的核能在安全性以及對環(huán)境的影響方面具有極大的不可控性，因之并不適于作為未來能源的一般模式加以推廣。而中東亂局以及隨后的烏克蘭危機對能源價格的影響則再度凸顯了化石燃料尤其是石油市場的穩(wěn)定性對政治和安全因素的依賴，并令全世界對化石能源終將走向枯竭的恐慌再度飆升。三個問題遂成為舉世矚目的焦點：能否獲得一種與環(huán)保主義（尤其是氣候變化問題）相適應(yīng)的能源解決方案？新能源在技術(shù)難度、成本和效率方面是否適于推廣？現(xiàn)有的基于化石燃料的生產(chǎn)和消費體系如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)型？

從那時起至今，層出不窮的變化開始在全球各個角落發(fā)生：一方面，美國的“頁巖革命”在短期內(nèi)改善了全球石油和天然氣市場的供給狀況，使油價被帶回到低位，從而為轉(zhuǎn)型提供了寶貴的緩沖和冗余空間。另一方面，以德國為代表的激進環(huán)保主義國家加速了“非核化”能源轉(zhuǎn)型，初步建立起以太陽能和風(fēng)能為基干的新型電網(wǎng)，并驗證了其經(jīng)濟性和受認可度。以之為基礎(chǔ)的綠色建筑和智能電網(wǎng)也在進一步實用化的過程中。而在微觀領(lǐng)域，新能源汽車正在成為各大廠商覬覦不已的市場，電力、氫燃料和天然氣驅(qū)動的汽車皆有原型車問世，由鋰電池驅(qū)動的高端汽車品牌“特斯拉”（Tesla）更是成為流行文化符號，在短時間內(nèi)獲得了極高的關(guān)注度。

另一方面，核能在特定領(lǐng)域和市場仍有其用武之地。對日本和美國這樣在轉(zhuǎn)型問題上相對保守的國家來說，改用效率更高、安全隱患較小的小型核電廠，而不是一刀切地“廢核”，顯然是更具吸引力的選項。而核能的另一項意義在于，現(xiàn)階段它幾乎是驅(qū)動遠程太空飛行器的最可行方案——在人類能制造出面積足夠大的太陽帆并為其提供光源之前，星際飛船的動力設(shè)置幾乎只可能選擇核脈沖或核聚變。著名科幻影視劇《星際旅行》中的聯(lián)邦星艦“企業(yè)號”便是采用聚變反應(yīng)堆作為動力。而未來的星際旅行模式，同樣將取決于新能源革命的進展。

“哈伯特頂點”的誤區(qū)

早在1885年，即美國石油工業(yè)起步后的第36年，賓夕法尼亞州地質(zhì)協(xié)會就做出了一項悲觀的預(yù)言：“石油工業(yè)的勃興只是一種短期的、前途愈發(fā)黯淡的局面，今天的年輕人在有生之年必將看到它的終結(jié)。”從那時起至今，形形色色的“石油枯竭論”曾在世界各個地區(qū)流行。它們的基本設(shè)定相當(dāng)一致：鑒于可供開采的化石燃料特別是原油的總量是一個定值，而隨著人口增長，全球能源消耗量將以幾何級數(shù)不斷遞增，終有一天石油將會消耗殆盡。到了1956年，關(guān)于枯竭周期的數(shù)學(xué)模型終于成形，那便是金·哈伯特（King Hubbert）的“頂點論”。

作為一名杰出的地質(zhì)學(xué)家和數(shù)學(xué)家，哈伯特并不完全贊同19世紀以降那種機械的“枯竭論”；在他看來，隨著新型機械和開采技術(shù)的出現(xiàn)，在一定時期內(nèi)，全球石油產(chǎn)量的增長速度依然會超過消費量。但隨著已經(jīng)探明并投入生產(chǎn)的油田進入成熟期，開發(fā)新油田的成本和風(fēng)險將會顯著增加，屆時人們將傾向于保守觀望，而石油產(chǎn)量也將在此時達到峰值。在那以后，舊有油田的產(chǎn)量和利潤將漸趨滑落，最終低于開采、運輸和加工的總成本，屆時廠商將停止開發(fā)，油田的壽命也宣告終結(jié)。據(jù)他估計，美國自身的石油產(chǎn)量將在1970年前后達到日均820萬桶的峰值，隨后逐漸滑落，到2020年前后萎縮至頂點的1/6。到2050年，美國將不得不完全依賴進口來供給國內(nèi)市場的原油消費。而全球石油產(chǎn)量同樣會在2005年前后達到頂點，隨后快速滑落，最終在2020年完全枯竭。

整整60年里，“枯竭論”的擁躉都以“哈伯特頂點”作為支撐自己觀點的最有力論據(jù)，1973年爆發(fā)的中東石油危機似乎也印證了哈伯特的擔(dān)憂。但到了2015年，當(dāng)人們重新審視美國乃至世界石油產(chǎn)量的變化曲線時，卻發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的結(jié)果：隨著水力壓裂技術(shù)被應(yīng)用到頁巖油開發(fā)當(dāng)中——諷刺的是，這項技術(shù)的奠基者恰恰是哈伯特本人——美國本土的石油產(chǎn)量自2008年起重新進入了年均增長率超過10%的井噴期，后勁十足。據(jù)美國能源信息署（EIA）估計，2016年美國原油產(chǎn)量有望遞增至日均960萬桶的峰值，這個數(shù)字比哈伯特預(yù)估的“頂點”還要高15.8%。此外，隨著開采過程的演進，油田的實際儲量往往被證明與預(yù)估儲量之間存在誤差。1956年之后，美國新探明的石油儲量中有86%是在后期開發(fā)階段新增的，這更進一步延緩了理論上的“頂點”到來的時間。

最重要的是，哈伯特的模型完全建立在各國自給自足的假設(shè)基礎(chǔ)之上，也甚少考慮價格因素的影響，而市場的靈活性和調(diào)整能力被證明大大超過他的預(yù)期。20世紀80年代以降，蘇聯(lián)（1992年之后為俄羅斯）原油開始大規(guī)模輸入世界市場，至2012年出口量已經(jīng)與此前的頭號產(chǎn)油國沙特不相上下：能源市場的擴大和流通的進一步自由化，顛覆了自給自足的初始假設(shè)。而隨著開發(fā)規(guī)模的遞增，全球探明的新增石油儲量同樣出現(xiàn)了與美國一致的顯著增加趨勢。例如從2009年初到2011年底，兩年內(nèi)新探明的石油儲量就已經(jīng)和2009年全年的開采量相當(dāng)。據(jù)坎布里奇能源協(xié)會估計，從2010到2020年，全球總的石油產(chǎn)能將遞增25%，達到日均1.14億桶的規(guī)模。

不僅如此，自20世紀60年代以來，海底油田、油砂礦、頁巖油礦等常規(guī)上被認定開采成本過高的區(qū)塊，其成本鴻溝已經(jīng)為技術(shù)手段的完備所逾越。到2030年，這些“非常規(guī)”油田的產(chǎn)量將超過全球石油總產(chǎn)能的1/3。2015年12月18日，美國總統(tǒng)奧巴馬已經(jīng)批準(zhǔn)恢復(fù)原油出口，這意味著美國有望成為繼歐佩克（OPEC）成員國和俄羅斯之后的全球第三大能源輸出基地。在全球原油供應(yīng)本已嚴重過剩的情況下，此舉暗示了單一出口來源波動造成全球性石油短缺的風(fēng)險將進一步降低，從而和哈伯特嚴峻的判斷再度形成了反差。

更重要的是，在“哈伯特頂點”出爐的1956年，另一種傳統(tǒng)化石燃料天然氣尚未獲得充分的開發(fā)利用。彼時美國尚有55%的發(fā)電量來自以煤炭為能源的火電廠，而到2012年，全美已經(jīng)有29%的發(fā)電量來自天然氣，另有21%來自核電，歐洲和日本則分別有23%和28%的發(fā)電量來自天然氣。過去30年間，全球天然氣消費量凈增了3倍以上，年均數(shù)字已經(jīng)達到石油消費量的七成左右；而在未來20年，預(yù)計全球天然氣消費還將增加50%。這種相對低碳和靈活，開發(fā)潛力也遠未耗盡的第二代化石燃料，將進一步稀釋“石油枯竭論”的負面效應(yīng)。而全球天然氣產(chǎn)地的分布狀況，更遠較石油產(chǎn)地來得分散，這就給了市場調(diào)節(jié)和國際合作以更大的空間。

換言之，與20世紀50年代憂心于“石油枯竭”隨時可能到來的情形不同，今天的科技界人士和政治家在開發(fā)與利用新能源之際，能夠獲得一個相當(dāng)長時段的緩沖期。在化石燃料的產(chǎn)能出現(xiàn)明顯的下滑趨勢之前，人們依然有巨大空間去開發(fā)更環(huán)保的可再生性能源，并以低油價為憑靠，逐步形成規(guī)模效應(yīng)。事實也的確證明，自2005年起，風(fēng)險資本開始大規(guī)模進入新能源行業(yè)，開啟了其“創(chuàng)造性破壞”（Creative Destruction）之路。

Energiewende（能源轉(zhuǎn)型）

1979年6月20日，美國總統(tǒng)吉米·卡特偕妻子登上白宮屋頂，慶?？偨y(tǒng)官邸的第一臺太陽能熱水器安裝成功。在這位總統(tǒng)看來，“全球能源形勢將在20世紀剩下的時間里不斷惡化”，“我們必須做好準(zhǔn)備以迎接這一變化，要發(fā)展像太陽能這樣的永久性可再生能源”。在他的任期內(nèi)，美國政府出臺了太陽能產(chǎn)業(yè)稅收優(yōu)惠、政府補助、研發(fā)資金支持等措施，還在科羅拉多州成立了第一個國家太陽能研究所。世界性的新能源浪潮，由此而起。

所謂“新能源”，亦稱可再生能源，系指陽光、風(fēng)力、水力、潮汐、地?zé)?、生物燃料乃至由此衍生出的新型電池（須以陽光或風(fēng)力作為能量來源）等能源。它們的儲量近乎無限，分布極為廣泛，理論上也不會增加碳排放，因此被視為輔助甚至取代化石燃料的最可取來源。而太陽能由于技術(shù)條件的相對成熟和卡特政府的倡導(dǎo)，一度被視為最具潛力的新能源。1978年，美國國會通過《公共事業(yè)管理政策法案》，要求電力公司從政府登記在案的正規(guī)電廠購電。這些電廠多數(shù)為熱電聯(lián)產(chǎn)廠家或水電、風(fēng)電之類的小型可再生能源廠，政府以法律保障相對較高的電價，以期推動產(chǎn)業(yè)崛起。到1980年，美國登記在案的太陽能周邊企業(yè)已超過1000家，波音、通用電氣、埃克森石油等大企業(yè)也開始投身新能源行業(yè)，一片欣欣向榮的氣象。

短短一年之后，這種景氣局面就被新上臺的里根政府所打破。后者決心以放開價格管制的舉措重整能源市場，這對低迷的石油行業(yè)無疑是一種刺激，卻給方興未艾的太陽能產(chǎn)業(yè)帶來了滅頂之災(zāi)。乘卡特政府的東風(fēng)組建的諸多中小企業(yè)原指望在高電價的保護下徐漸成長，卻迅速被絕對主義的新政策所沖垮。1986年，白宮屋頂?shù)奶柲軣崴鞅徊鸪?，?biāo)志著短暫春天的結(jié)束。從那時起的25年里，美國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展甚至落后于世界平均水平。2009年，可再生能源在美國全部能源供應(yīng)中所占的比例還不到1.5%，僅與1980年時的規(guī)模相當(dāng)。

事實證明，至少在最初階段，新能源的推廣必須以政府的政策扶持作為憑靠，這一點在日本和德國表現(xiàn)得最為突出。1975年，日本通商產(chǎn)業(yè)省官員池口小太郎（后曾三度出任經(jīng)濟企畫廳長官）以“堺屋太一”為筆名發(fā)表了小說《油斷！》，強調(diào)新能源對日本這個缺乏石油的島國的意義。三年后，他從政府辭職，組建了日本太陽光發(fā)電協(xié)會（JPEC），利用過去的政府關(guān)系以及日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的成長經(jīng)驗投入新能源開發(fā)。在政府支持下，日本太陽能設(shè)備的制造成本出現(xiàn)了直線下降，規(guī)?；?yīng)和競爭力都獲得了提升。日本政府還對購買太陽能電池板的消費者給予大量財政補貼，這使太陽能產(chǎn)業(yè)在有著全球最高電價的日本出現(xiàn)了反常的騰飛。在JPEC、政府以及夏普、京瓷、三洋等大公司的共同努力下，到21世紀初，日本在太陽能設(shè)備制造方面已經(jīng)占據(jù)了世界領(lǐng)先地位。

德國的案例則更具典型性。20世紀70年代，為抵制經(jīng)濟增長造成的環(huán)境退化，聯(lián)邦德國出現(xiàn)了以推進環(huán)保建設(shè)和新能源產(chǎn)業(yè)、鼓吹新左翼思想為宗旨的激進環(huán)保主義團體，并在1980年整合成為綠黨（Die Grünen）。1986年切爾諾貝利事件之后，主張廢棄核電站的綠黨獲得民眾的高度信任，在1990年贏得了聯(lián)邦議院的8個席位。在老資格中左派政黨社會民主黨（SPD）的支持下，自80年代后期起，聯(lián)邦德國就開始試點可再生能源電力入網(wǎng)制度，用高電價補貼太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電商。兩德統(tǒng)一之后，綠黨以東西德電力系統(tǒng)的一體化和對原民主德國高污染褐煤電廠的升級改造為契機，通過了《可再生能源并網(wǎng)發(fā)電法案》，要求電力公司以較高的價格從新能源發(fā)電商那里購電，再把成本分攤到總體電價中。這樣，在正常情況下缺乏競爭力的新能源就實現(xiàn)了入網(wǎng)發(fā)電，從而有助于整個產(chǎn)業(yè)的成長。從1993年起，德國的風(fēng)力發(fā)電機數(shù)量開始以每天1個的速度持續(xù)增加，其中超過90%的新裝機容量實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，以期逐步取代占電力供應(yīng)比例超過1/4的核電站。Energiewende（能源轉(zhuǎn)型）被當(dāng)作一項硬性指標(biāo)寫入了執(zhí)政綱領(lǐng)，并影響到了西班牙、法國等周邊國家的政策。

2000年，社民黨—綠黨聯(lián)合政府推出了更加激進的《可再生能源法案》，宣布將在20年時間內(nèi)以7倍電價大力扶植推廣光伏發(fā)電技術(shù)，并宣布將在2010年之前最終停止境內(nèi)17座核反應(yīng)堆的運轉(zhuǎn)。盡管這項政策隨后被出身基民盟（CDU）的默克爾總理所推翻，并將“廢核”的最終期限推遲到了2022年，但默克爾依然贊成將新能源發(fā)電在電力供應(yīng)中的比例由2010年時的17%提高到2020年時的25%。美國隨后也效仿了這一政策，在全國37個州推進“可再生能源發(fā)展配比標(biāo)準(zhǔn)”，要求發(fā)電總量中須有一定比例來自新能源。伊利諾伊州、俄勒岡州和明尼蘇達州計劃在2025年前將風(fēng)力發(fā)電占發(fā)電總量的比例提高到25%，加利福尼亞州更是設(shè)定了33%的高指標(biāo)。2007年以來，美國能源行業(yè)的總投資中有將近一半的比例進入了新能源行業(yè)，這無疑是政策扶持的結(jié)果。

汽車燃料競賽

2009年，美國總統(tǒng)奧巴馬任命諾貝爾物理學(xué)獎得主朱棣文為能源部長，重點推進能源創(chuàng)新。政府隨后宣布了優(yōu)先發(fā)展的九大技術(shù)，包括新型動力汽車、太陽能、生物燃料、碳捕捉和封存以及并網(wǎng)儲電等。聯(lián)邦政府每年撥款50億美元，責(zé)成50個前沿能源研發(fā)中心進行不同形式的新技術(shù)應(yīng)用嘗試。在那之前6年，電動汽車研發(fā)專家阿蘭·科科尼（Alan Cocconi）與兩位投資人埃隆·馬斯克（Elon Musk）和馬丁·埃伯哈德（Martin Eberhard）相識，并獲得15萬美元的投資以進行汽車用鋰電池的開發(fā)，最終的產(chǎn)品便是聲名在外的“特斯拉”汽車。

作為一款外形漂亮的時尚車系，“特斯拉”可以在不到4秒的時間內(nèi)加速到96公里/小時，使用220伏電源插座可以在4.5小時內(nèi)充滿電。但高昂的制造成本限制了它的市場前景：即使是在美國本土，7.2萬美元（Model S型）以上的單價也限制了其向大眾的推廣。2015年全年“特斯拉”全系總出貨量不過5萬輛左右，凈虧損上升至2.3億美元（三季度數(shù)字）。盡管馬斯克已宣布將在2017年上市3.5萬美元的廉價車型Model 3，但市場反響尚難預(yù)料。不過“特斯拉”引發(fā)的關(guān)注已經(jīng)證明：鋰電池汽車確有其發(fā)展空間。因此在2009年，馬斯克就從美國政府那里贏得了4.65億美元的貸款擔(dān)保，隨后又引入了戴姆勒和豐田兩大巨頭作為合作伙伴。其他許多企業(yè)家也從中看到了機會：以色列企業(yè)家夏伊·阿加西（Shai Agassi）的“更佳之地”公司便是受“特斯拉”的啟發(fā)而創(chuàng)建，該公司并不生產(chǎn)電動機車，而是出租標(biāo)準(zhǔn)化車用電池并建造覆蓋以色列和丹麥的電池更換站點網(wǎng)。盡管該計劃最終以失敗告終，但做出了有益的嘗試——假以時日，電池站或許會和今天的加油站一樣得到普及。

一些在傳統(tǒng)汽車業(yè)務(wù)中陷入困境的老牌企業(yè)，也試圖借助混合動力乃至純電動汽車的興起來擺脫困境。1999年上任的日產(chǎn)汽車會長兼社長卡洛斯·戈恩（Carlos Ghosn）就認定：本社在鋰電池研發(fā)方面的經(jīng)驗對扭虧為盈至關(guān)重要。他宣稱：“我們接下來要生產(chǎn)的是零排量汽車，這種車不會產(chǎn)生任何尾氣，不燒一滴汽油，更不是僅僅在車展上露面的概念車：它的性能和價格都要為大眾所接受?！?010年底，日產(chǎn)的第一款純電動轎車“聆風(fēng)”（Leaf）宣告上市，車身99%的部件采用可回收材料制作，由600塊鋰電子電池提供動力，最大時速150公里，一次充電后可行駛160公里。“聆風(fēng)”至今已售出近20萬輛，戈恩計劃到2020年前將電動汽車銷售額占公司總收入的比例提高至10%。在他看來，零排量汽車在一個不長的時段內(nèi)就將成為全行業(yè)的普遍共識。比亞迪等中國廠商同樣看好這一機會，其混合動力汽車“秦”在2014年取得了1.47萬輛的銷量，位居中國新能源汽車榜首。

當(dāng)然，純電動方案只是零排量汽車的諸多動力選擇之一。從理論角度看，燃料電池尤其是氫燃料電池也具備很大吸引力：氫和氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)只會產(chǎn)生電和水，不僅無污染，能量密度也足以和汽油展開競爭。在動作電影明星施瓦辛格擔(dān)任美國加州州長期間，即倡導(dǎo)推廣氫燃料電池汽車，本田、豐田、通用汽車等企業(yè)也從事了相關(guān)方向的研究。但燃料電池本身價格不菲，其成本至少需要下降20%才能轉(zhuǎn)化為成熟的商業(yè)產(chǎn)品；從天然氣中制備和儲存氫同樣需要復(fù)雜的過程和高昂的成本。到施瓦辛格離任為止，加州境內(nèi)的加氫站只有14家。

相比之下，直接以天然氣作為動力似乎是一種更經(jīng)濟也更可取的選擇。在中國、意大利和南美，天然氣汽車在公共交通工具中占據(jù)了相當(dāng)比例；但對私家車用戶來說，依然以觀望者居多。推廣天然氣或油氣混動車型需要以建設(shè)加氣站網(wǎng)絡(luò)為前提，且天然氣的能量密度低于汽油，充入相同體積的燃料后持續(xù)行駛里程不如汽油車；若要達到與汽油車相等的續(xù)航力，就必須舍棄一部分車內(nèi)空間來安置更大的燃料箱，這對注重舒適性的私家車和注重載重量的運輸車都會是大問題。但在一個由傳統(tǒng)動力車、混合動力車、電動汽車、生物燃料車乃至燃料電池車組成的更多元化的市場中，天然氣動力車也會有其一席之地，并顛覆石油作為單一燃料的壟斷地位。

星際旅行的動力

盡管對可再生能源的開發(fā)與關(guān)注已經(jīng)成為世界潮流，但核能在可見的數(shù)十年內(nèi)依舊不會消亡。法國政府在能源問題上便是堅定的“擁核派”：58座核電站提供了該國發(fā)電量的3/4以上，不僅合于巴黎堅持能源自主的一貫政策，還能將過剩電力輸出到周邊國家賺取利潤。日本同樣是核能的支持者，54座核電站在其電力板塊中提供了近30%的輸出額度，東京計劃在2030年以前將這一比例提高到50%。盡管福島核事故造成的輻射污染至今仍未徹底消除，但日本政府并未像德國一樣明確打出“廢核”旗號。從全球?qū)用婵?，核電占歐盟、美國、日本和俄羅斯發(fā)電量的比例分別高達46%、19.5%、24%以及18.6%，在南美洲和加拿大同樣高達38.4%和16.8%，占到全球發(fā)電量總規(guī)模的15%以上，這絕不是一個可以在20年之內(nèi)迅速加以替代的份額。

從成本和安全性上綜合考慮，發(fā)展核電的未來趨勢是引入中小型反應(yīng)堆，并通過改進管理來提升運行效率。裝機容量300兆瓦以下的中小型反應(yīng)堆選址將更為容易，設(shè)計也更簡單，因之在建設(shè)成本和建造時間方面會有更大優(yōu)勢。相對于大型核反應(yīng)堆，中小型反應(yīng)堆在發(fā)展和建設(shè)過程中所面臨的財務(wù)風(fēng)險和安全隱患也會相應(yīng)降低。而從美國的經(jīng)驗看，通過改善管理和雇用更有經(jīng)驗的技術(shù)人員，核電站的運行效率（實際發(fā)電量與裝機容量之比）可以由55%提高到90%以上，反應(yīng)堆的壽命也可以由過去的40年合理延長到60年左右。因此從奧巴馬政府的第二任期起，美國已開始重新批準(zhǔn)新的核電廠建設(shè)計劃，而中、俄、印、韓四國也在積極上馬新的核電項目。

尤其值得一提的是，核能幾乎是目前實現(xiàn)超遠程空間飛行的僅有動力選擇。以化學(xué)燃料為動力的火箭理論上可以將飛行器投送至260億公里外的太陽系邊緣，但因為能量密度和燃料體積上限，永遠不可能飛到最近的恒星（比鄰星，距太陽4.22光年）。換言之，即使是目前最先進的運載火箭，也沒有能力實現(xiàn)科幻小說中的“星際旅行”。美國航空航天局（NASA）考慮過利用理論上無限的太陽能作為動力：2010年，他們將一張面積為9平方米的聚酯薄膜光帆射入近地軌道，以測試其能量效率；著名天文研究團體行星學(xué)會也計劃在2016年發(fā)射一具更大的“太陽帆1號”，來驗證其有效飛行速度。按照NASA的計算，要到達太陽系邊緣，需要制造一張直徑為450米的碟形光帆，如此可在飛行兩年后達到15萬公里的最大時速。而抵達比鄰星的旅程要遠整整1500倍！

換言之，如果以光帆作為星際穿越的動力，首先需要制作一張尺寸約26萬平方公里的聚酯薄膜，相當(dāng)于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市的面積。而僅僅依靠日光提供能量尚不能使其迅速進入最快速度，為此，必須將一臺巨大的激光發(fā)射器置入太陽同步軌道，將相當(dāng)于全球發(fā)電量之和的巨大能量投向光帆，并用宇宙透鏡聚攏，以防能量損失，才能驅(qū)動光帆在數(shù)十年時間內(nèi)抵達比鄰星。而這樣一張光帆，只能搭載一枚體積不超過書桌大小的人造衛(wèi)星。

相比之下，核動力明顯是一種更可取的選擇，也更具備實際經(jīng)驗。上世紀60年代末，與“阿波羅”登月行動幾乎同一時期，NASA還設(shè)想過用載人飛船將12名宇航員送上火星和土星六號衛(wèi)星。他們選用的動力方案是3臺18噸重的NERVA（火箭飛行器核能發(fā)動機）：用核反應(yīng)堆對液氫進行加熱，隨后經(jīng)噴管向后噴出。NERVA需要的推進劑燃料僅為常規(guī)火箭的一半，但由于后續(xù)的載人太空計劃未能獲得撥款，整個項目在1973年被放棄。

核脈沖是此際NASA設(shè)想的另一種方案。它的原理是從火箭尾部每隔一定時間釋放一枚核彈，利用核彈爆炸的脈沖作為動力，最終在數(shù)百年時間內(nèi)將“獵戶座”型飛船送達比鄰星。即使排除大規(guī)模核輻射的危害，其最大速度也不夠快；而航天器的有效機械壽命通常只有20年左右，顯然無法滿足條件。即便如此，核動力方案的潛力依然大過傳統(tǒng)類型：1976年發(fā)射的“太陽神2號”探測器是迄今為止人類飛行速度最快的航天器，其最高速度達到了25.28萬公里/小時，飛行至比鄰星需用1.7萬年。相比之下，數(shù)百年似乎還是一個相對可接受的數(shù)字。

前NASA科學(xué)家安德烈亞斯·齊奧拉斯（Andreas Tziolas）領(lǐng)導(dǎo)的研究團體“伊卡洛斯星際”則提出了核聚變方案：在2100年之前開發(fā)出一臺足夠小的可控核聚變反應(yīng)堆，每秒向反應(yīng)室內(nèi)注入250次氘核，以高溫使之發(fā)生聚變。聚變產(chǎn)生的能量從飛船尾部射出，理論上可以使其飛行速度達到光速的20%，如此便可在數(shù)十年內(nèi)抵達比鄰星。但氘的制備極為困難，可控核聚變迄今也尚未實用化，因此該方案的實現(xiàn)也非數(shù)年之功。

或許，依然是由那位充滿奇思妙想的埃隆·馬斯克推動的商業(yè)航天計劃才是離我們最近的太空旅行方案。2015年12月22日，由他創(chuàng)建的太空探索科技公司（Space X）研制的“獵鷹9號”運載火箭成功完成了發(fā)射和一級火箭的回收，創(chuàng)造了歷史。此舉意味著馬斯克朝他的火星探索之夢又近了一步：將“獵鷹”系列火箭的載重量提升到航天飛機的兩倍，同時成本降低到后者的1/5，以逐步實現(xiàn)在20年內(nèi)把宇航員送上火星的計劃。此后數(shù)百萬噸的設(shè)備以及越來越多的宇航員都將被送往那個行星，以建立永久定居點，成為向星際邊緣前進的一個基地。人類文明，也只有在首先擴張到整個太陽系之后，才能踏上星際旅行的航程。

（參考資料：The Quest：Energy，Security，and the Remaking of the Modern World，Daniel Yergin；Crazy Far，Tim Folger；Fresh Hope for Combating Climate Change，Robert Kunzig等）