那么我们究竟如何到达半人马座？

尤里·米尔纳今天宣布的“突破摄星”计划耗资 1 亿美元，计划使用巨型激光器将微型航天器发射到半人马座阿尔法星。虽然使用激光炮为航天器提供推进力听起来像科幻小说，但先前的研究表明，“激光航行”可能是人类有生之年将探测器送往另一颗恒星的唯一已知方法之一。

尽管半人马座是距离我们最近的恒星系统，但它距离我们仍然约有 4.37 光年。这相当于超过 25.6 万亿英里，或地球到太阳距离的 276,000 多倍。

科幻作家兼美国宇航局物理学家杰弗里·兰迪斯曾经解释过，传统火箭的效率远远不足以在人的一生中跨越到半人马座的遥远距离。例如，以航天飞机的最高速度约 17,600 英里每小时的速度，它需要大约 165,000 年才能到达半人马座。

目前航天器用于飞行的所有推进器的问题在于，它们携带并用于推力的推进剂都有质量。长途旅行需要大量推进剂，这会使它们很重，这又需要更多推进剂，这又会使它们更重，以此类推，航天器越大，这个问题就越严重。

几十年来，科学家们提出了许多星际旅行的潜在解决方案，但每个方案都有各自的缺点：

• 反物质引擎依赖于反物质和物质相互湮灭时释放的巨量能量，两位曾供职于费米实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家正计划通过 Kickstarter 众筹来打造反物质引擎原型。然而，目前所有制造反物质的方法都只能产生微量的反物质——生产一克反物质可能要花费 1000 亿美元甚至更多。即使人类能够产生足够的反物质用于星际旅行，我们仍不知道能否安全地储存和操纵反物质——到目前为止，科学家们最多只能控制反氢大约 16 分钟。

• 聚变火箭将使用核聚变反应堆将过热的推进剂从火箭后部喷出。然而，科学家可能需要几十年的时间才能建造出一个输出能量大于接收能量的聚变反应堆，而且研究人员还必须弄清楚如何制造出足够小的聚变反应堆以适合火箭。

• 在科幻小说中，冲压式发动机（也称为巴萨德冲压式发动机）利用电磁场从周围环境中吸取燃料，而不是随身携带燃料，从而穿越星际空间。然而，兰迪斯指出，星际空间的氢燃料密度并不像冲压式发动机的设计者所想的那样高。此外，进一步的研究表明，冲压式发动机的缺点是产生的阻力大于推力，就像降落伞一样。此外，兰迪斯表示，目前尚不清楚如何利用星际空间中的普通氢作为聚变燃料——人工聚变的提议通常涉及氢的重同位素，例如氘。

• 核脉冲推进系统会将小型核弹投掷到一艘被一块巨型钢板保护的飞船后面。爆炸会推向钢板，飞船会乘着爆炸穿越太空。著名物理学家弗里曼·戴森计算出，这种发动机可以在大约一个世纪内到达半人马座阿尔法星，而卡尔·萨根则认为，这将是目前核武器储备的绝佳用途。然而，严格管制核武器的条约使这些武器难以制造。

• 代际飞船接受了飞往半人马座阿尔法星可能需要数千年这一事实，能够容纳几代宇航员的巨型宇宙飞船也接受了这一事实，但人类是否能够面对持续如此长时间的太空飞行所带来的身体和心理挑战，仍有许多未知数。

人类一生中星际旅行最现实的方案可能是突破摄星计划现在提出的激光帆。这一策略包括为航天器配备镜子，并依靠强大的激光将这些探测器向外推。虽然光不会产生太大的压力，但先前的项目已经成功测试了一些太阳帆——由太阳光推动的航天器。

加州大学圣巴巴拉分校实验宇宙学家 Philip Lubin 及其同事此前计算，一个 10 公里宽的激光阵列绕地球运行，发射功率为 50 至 70 千兆瓦，可以推动一个重 1 克、带有 1 米宽帆的芯片状航天器，在约 10 分钟的激光照射下，速度超过光速的 25%，这意味着该航天器可以在 30 分钟内到达火星，在大约 20 年内到达半人马座。每个“太空芯片”都将是一个完整的微型航天器，装载有摄像头、电源、导航、通信和其他系统，这个巨大的轨道阵列每年可以发射大约 40,000 个这样的探测器。

突破星射计划并不打算建造轨道激光平台，而是提议建造地面高空激光阵列。这种“相控阵”将由相对较小的激光器组成，这些激光器可以同步运行，就像一个强大的激光器一样，并依靠可变形镜（称为自适应光学）来补偿大气对激光束的扭曲效应。突破星射计划接下来将发射一艘载有数千个太空芯片的母舰进入轨道，然后其激光阵列将这些探测器送往以前从未有人去过的地方。

但这一策略有一个重大缺点——目前，航天器在到达目标后无法减速。不过，突破摄星团队成员鲁宾表示，这些探测器至少可以飞越半人马座阿尔法星，传回数据，告诉我们距离我们最近的邻居是什么样子。

未来的研究可能会开发出更多奇特形式的帆。例如，兰迪斯提出了磁帆——激光帆依赖于在太空中散射的激光束，因此无法在远距离有效地推动激光帆，而磁帆将由粒子束驱动，理论上可以随着时间的推移以相对恒定的力推动航天器。

另一种潜在的太空航行形式可能是西雅图物理学家兼航天工程师乔丁·凯尔提出的“SailBeam”。本质上，激光阵列会向航天器推进大量微型激光帆，这些子弹的撞击会推动航天器前进——这有点像激光航行和核脉冲推进的混合体。

总而言之，突破摄星计划可能开启航海新纪元。“对于我们所有人来说，这次超越母星的旅程意义深远，”鲁宾说道。