逐夢星航

科幻與太空有著不可分割的聯(lián)系。自凡爾納的《從地球到月球》到持續(xù)大熱的《三體》，百余年來，星航之夢一直縈繞在一代代人心頭。為了沖出地球、馳騁于宇宙空間，人類不斷探索，于現(xiàn)實和想象中都創(chuàng)造了各種類型的深空宇宙飛船。

自備燃料的飛船

火箭是典型的自備燃料的飛船。自1957年蘇聯(lián)成功利用多級火箭技術(shù)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星開始，火箭便成為探索太空的利器?；鸺幕驹砗芎唵危洪_槍時，隨著子彈的高速飛出，槍身會受到一個向后的“后坐力”——火箭就像一把朝地面發(fā)射的槍，通過燃料的劇烈燃燒，不斷發(fā)射高溫高壓的“氣體子彈”，于是在后坐力的作用下，火箭就朝著與地面相反的方向，一路向上絕塵而去。

目前為止最成功、也是應(yīng)用最廣泛的是化學(xué)火箭，顧名思義，是通過化學(xué)物質(zhì)燃燒來實現(xiàn)火箭的飛行?；鸺诖髿鈱又獾恼婵罩酗w行需要攜帶幫助燃燒的“氧化劑”，比如液態(tài)氧，這就額外添了不少質(zhì)量；再加上有很多熱量在燃燒過程中浪費掉了，因此化學(xué)火箭的實際效率并不高。有沒有辦法改進(jìn)呢？

離子火箭就此誕生了。離子火箭上的離子發(fā)動機以電能加速帶電離子，使其以極高的速度向后噴射，達(dá)成類似化學(xué)火箭的效果。我國天宮空間站上所用的幫助進(jìn)行軌道修正的“霍爾推進(jìn)器”便是離子發(fā)動機的一種。離子火箭攜帶燃料很少，產(chǎn)生的加速度也很小，但可以持續(xù)加速達(dá)數(shù)年之久，使火箭最終可以達(dá)到極高的速度。

更進(jìn)一步的，還有尚在研發(fā)中的核動力火箭——以核爆的沖擊提供火箭推力，或者以核能發(fā)電驅(qū)動離子火箭。前者便是《三體》中“ 階梯計劃”的雛形。

沿途收集燃料的飛船

不論是化學(xué)火箭還是離子火箭，火箭本身都要攜帶大量燃料。利用燃料對火箭加速時，實際上也在同時對火箭所攜帶的燃料進(jìn)行加速，大量能量因此被浪費掉了。如果不攜帶這些累贅的燃料，改為一邊飛行一邊收集，“ 瘦身后”的飛船效率不就大大提升了嗎？

1960年，物理學(xué)家羅伯特·巴薩德提出“星際沖壓發(fā)動機”，就是為了解決這個問題。這種尚只存在于設(shè)想中的、后來被稱為“巴薩德引擎”的推進(jìn)系統(tǒng)，利用位于飛船前端的一個巨網(wǎng)收集飄蕩在星際空間中的氫元素作為核聚變的燃料，以推動飛船?？紤]到星際空間的氫原子密度很低，1立方厘米大約只有1個，為了達(dá)到可觀的加速度，收集網(wǎng)的直徑預(yù)計將達(dá)上千千米，這在工程上帶來了巨大的困難，還增加了被宇宙塵埃撞壞的可能性。好在可以采用譬如“ 以強輻射將飛船前方物質(zhì)電離，再利用電磁場將之隔空收集”的方式，大大減少實體收集網(wǎng)的面積。這些離子除了作為飛船核聚變的燃料，還可以直接用在離子發(fā)動機上。在波爾·安德森的《宇宙過河卒》中，巴薩德引擎經(jīng)過多年運行，將飛船加速到了極為接近光速的速度，得以不斷環(huán)航宇宙。

不要燃料的飛船

有沒有可能根本不用燃料就實現(xiàn)太空航行呢？光帆是可能的答案之一。

光具有壓力，盡管這種壓力極小，但如果受光面積很大，依然有可觀的效果。如同帆船受風(fēng)力推動行駛在海上一樣，擁有極大受光面積的光帆飛船也可以將光的壓力作為動力，在太空中航行?；诖嗽淼墓夥跫墝嶒烇w船已經(jīng)存在于現(xiàn)實。

但陽光的能量密度太低，光帆必須達(dá)到相當(dāng)大的面積，收集到的能量才具備實用性，而這將迅速增大光帆的質(zhì)量，反過來又需要更大的光帆來增強動力。以能量密度遠(yuǎn)高于陽光的激光進(jìn)行推進(jìn)不失為一種解決辦法，理論上可使航天器速度提升至光速的20 %。

非常規(guī)深空飛船

除此之外，還有一些非常規(guī)的飛船形式，也許在未來會成為探索宇宙的有力工具。

科幻小說提供了不少關(guān)于飛船的點子。比如杰克·威廉森在《黑太陽》中提及的量子飛船，飛船和乘客都被轉(zhuǎn)化為波態(tài)的能量發(fā)射出去，直至遇到合適的引力場，才會再次轉(zhuǎn)化為正常物態(tài)；《三體》中的空間曲率飛船，通過改變飛船周圍的空間性質(zhì)，讓空間本身發(fā)生伸縮，實現(xiàn)飛船在空間中近光速的移動。

相比以上出現(xiàn)在科幻小說中的飛船，馮·諾依曼探測器顯得更實際一些。這是一種旨在使用任何恒星系統(tǒng)中的原材料進(jìn)行自我復(fù)制的探測器，它經(jīng)過漫長的航行來到一個新星球上，建造出一模一樣的新飛船，再發(fā)射出去探索下一個星球，一變二、二變四，就可以實現(xiàn)病毒式的增殖傳播。可以想見，在這一設(shè)想下，只需要很短時間，同類探測器就能遍布銀河系。

迄今為止，地球文明已經(jīng)有五艘探測器沖破太陽引力的束縛，飛向群星。只要人類無懼坎坷、勇于探索，一直向宇宙深處前行，美麗的星航之夢就終有一天會實現(xiàn)。