星际旅行的狂想曲
时间：2020-12-10 08:00:34 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
步骤一：建造星际飞船
对于星际旅行来说，今天的火箭所能达到的速度简直就是蜗牛速度。星际飞船需要强大的新的推进方式。
热核火箭
飞船必须有燃料才有推进力，飞船速度的增加取决于燃料的呈级数增加。如果要达到排气喷管气体速度的3倍，所需燃料就是火箭其余部分重量（所谓“干重”）的20倍。说实话，氢和氧的化学燃烧实在是太慢了。
使用裂变反应芯的热核火箭能让大型载人飞船在太阳系内旅行，前提是飞船能采集、利用其他地方例如气态巨行星的资源（氢是气态巨行星大气层的主要组分之一）。早在冷战时期，苏联和美国就开始研发热核火箭。事实上，要想尽快实现太阳系各行星之间的载人旅行，热核火箭是最佳运载工具。
然而，要想实现星际旅行，则需要驱动太阳的那种核反应——聚变。1978年，英国一项名为“代达罗斯”（代达罗斯是古代建筑师和雕刻家，曾为克里特国王建造迷宫）的星舰概念项目提议，利用“惰性聚变”驱动火箭。也就是：用激光从各个方向压缩氢同位素小丸，直到压缩成很小的体积；压力增大到足以产生氢核熔合反应，释放能量，热质从排气喷管以超高速喷出。
利用热核火箭能把我们送往附近的恒星，但飞行时间仍需几百年，更何况首先得在地球上实现核聚变，而这一点至今也未能做到。
更长远地看，我们可能要发展出物质-反物质火箭。当反物质与常态物质反应时，它们会互相湮灭，产生的能量是聚变反应的300倍。但问题是，我们迄今未能研发出制造大量反物质的技术。
曲速引擎
在美国著名科幻片《星际迷航》中，曲速引擎带领人类在星系内超光速穿梭。超光速旅行真有可能吗？根据爱因斯坦的广义相对论，如果拥有负质量，超光速就并非不可能。有了负质量，就能扭曲时-空形状，从而允许在极其遥远的位置之间的运输。
拥有负质量的东西（包括物体和空间）的行为极为怪异，可以使引力场不复存在或者不会对物体或空间造成影响。虽然我们都没见过拥有负质量的东西，但量子力学允许这样的东西存在。理论物理学界对负质量是否可用于星际旅行一直存有争议，原因是扭曲时-空所需要的能量大得实在令人难以置信，远远超过从一颗恒星上所能得到的能量。
如果能够捕捉到足够的能量，就能扭曲一块时-空区域，创造“曲速泡”或称“时空泡”。这个“泡泡”的大小只容得下一艘星际飞船。“泡泡”前方的时-空将被压缩，背后的时-空将膨胀，由此推进飞船前进。可是，能量从哪里来？能量又怎样产生？
科学家过去估计，创造一个“曲速泡”所需的能量，相当于一个星系的质量（爱因斯坦向我们证明了质量和能量可以互换，而质量和能量都能塑造时-空）。现在，科学家相信，也许木星的质量就足够了。但即便这样，我们也仍有很长的路要走。请注意：哪怕最大的氢弹，也只能把几千克的物质转变为能量。
在“曲速泡”的规模上扭曲时-空并非21世纪的科学技术所能做到的，甚至就连进行这方面的实际试验都很遥远——这个理念至今仍停留于理论。至少从目前来看，像《星际迷航》中那样的由双锂晶体驱动的曲速引擎仍然停留在电影道具阶段。
射速能量帆
早在1610年，在注意到彗星尾巴被吹离太阳方向之后，德国科学家开普勒就提出了用帆推动飞船的设想。今天，真的有了由太阳帆驱动的飞行器，例如由太阳辐射加速的星际风筝飞行器。不过，使用这样的飞行器，哪怕就是到达距离地球最近的非太阳恒星，也要花几千年时间。有可能真正实现星际飞行的是一种21世纪的飞船，即射速能量帆，简称帆飞船。这一理念就是利用电磁波传输能量穿越太空的能力，在超远距离产生力量。射束的来源——投射器再加一部天线，把强力激光或微波投射到一面超大帆上。帆发射激光束或微波束，获得动量“推动”飞船。这样的飞船出现在好莱坞科幻大片《星球大战》的第二集中。投射器的样子颇像人造卫星的接收天线碟，只不过要大很多很多倍。
帆飞船最昂贵的部分是投射器。它将利用开采自月球或小行星的材料在太空中建造，定位在靠近太阳的地方，以强烈的太阳能为动力源。射束能量的最大优势就是把沉重的投射器丢在后面，而光帆携带着乘员和荷载被驱离到很远的地方。接着，投射器可重新用于未来的任务。就像19世纪的铁路，一旦铺就铁轨，列车本身的费用就小多了。
帆飞船的物理学原理已被证明，但如何建造超巨型的投射器和太空帆是大问题。投射器的宽度可能达数千米，太空帆的长度可能达几百千米。经济学研究表明它们效率太低而费用极大，但科学家仍在探寻射速能量帆是否有朝一日可能适用。
步骤二：深空导航
选择路线并不难，难在寻找参考位置和克服星际风险。
目标恒星已经选定，但浩瀚太空，我们怎样才能知道我们的飞船在什么位置呢？为了确定星际飞船的位置，可以利用三角测量法来测定飞船与已知的几颗恒星之间的角度，或者定位多颗脉冲星。脉冲星是旋转的中子星，它们以短到几千分之一秒的时间间隔发出规则的强烈微波脉冲。星际飞船的速度可通过计量脉冲频率来确定。随着飞船移动，飞船速度将需要运用多普勒频移来进行调整。
还有，星球之间的空间并不空旷，星际尘埃也是个大问题。虽然单粒尘埃的直径可能只有几百万分之一米，但一艘穿行距离为10光年的星际飞船的每平方毫米面积得忍受1000次撞击。在前往半人马座阿尔法星的旅途中，飞船将缓慢却又持续地遭遇星际尘埃的撞击（或称侵蚀），船体将被撞破。
避免这种侵蚀的一种途径，是在飞船前方几米处设置一面金属箔板。来袭的尘埃微粒穿越箔板，穿出时已经离子化（作为带电电子或离子），然后击中一面静电屏蔽盾——某种“力场”，或许是一个充电网格。这面“盾牌”将保护它后面的所有飞船部件。只需几千伏特就能让电子转向，而要让离子转向则需要100万伏特。
对真空的深空而言，产生这样一面静电屏蔽盾并不是问题。因此，剩下的风险就是较大的微粒。这样的微粒虽然很罕见，但我们不知道它们究竟有多罕见，是否会构成威胁。不过，来自飞船的离子化激光脉冲在雷达导向之下应该能阻止它们。
