地球上最现代化的7艘航天器

最近，天文学家提供了明确的证据，证明有一颗“第二地球”行星围绕比邻星（距离太阳最近的恒星）运行，这是一颗最近才发现的“奇怪”行星。

虽然这个恒星系统是我们的宇宙“邻居”，但地球与它的距离约为4.2光年，即25万亿英里。如此远的距离，我们有可能前往这颗“新发现”的行星吗？

巨型代达罗斯计划聚变火箭与美国宇航局的土星五号火箭配对。

但如果我们想要前往太阳系以外的地方，我们就需要速度更快的航天器——比如美国宇航局的巨型代达罗斯计划聚变火箭与土星五号火箭配对——就像上图中由平面工程师和太空艺术家阿德里安·曼恩创作的那款，他的使命是展示未来太空技术可能是什么样子。

以下是机器人甚至人类探险者到达比邻星系统或其他附近太空区域的七种方式。

1.代达罗斯飞船

这个为期五年的项目最终设计出了代达罗斯号航天器。（图片来源：Adrian Mann）

这个为期五年的项目已经确定了代达罗斯号宇宙飞船的设计方案——一枚两级、重达5.4万吨的核火箭，与400吨重的机器人探测器相比，其光速将提高约12%。这将使该探测器能够在大约50年内完成前往巴纳德星六光年的旅程。

“代达罗斯”号宇宙飞船的火箭由核聚变提供动力，利用电子束引爆以氦-3为燃料的抛射体——氦-3可以从月球表面开采。即便如此，由于没有燃料储备，发动机仍需燃烧数万吨燃料才能维持飞船全速飞行四年。最终的结果是，飞船将经历一段长达50年的旅程，只需飞行70小时即可到达“目标”系统，之后飞船将达到星际速度。

英国伯贝克学院行星科学和天体生物学教授伊恩·克劳福德表示：“代达罗斯号航天器太大，无法从地球表面发射，因此它将在轨道上建造——这意味着，如果没有目前尚不存在的太空建设规模，就无法建造代达罗斯号航天器。”

克劳福德教授表示，代达罗斯项目概念背后的科学原理现在比航天器设计之初更容易理解。“成本和工程挑战巨大——这意味着在星际间建造像代达罗斯这样的飞船需要100多年的时间，”他说。

2.伊卡洛斯飞船

伊卡洛斯号宇宙飞船的设计目标是前往距离地球约22光年内的任何恒星。（图片来源：Adrian Mann）

伊卡洛斯号宇宙飞船的设计目标是前往距离地球约 22 光年内的任何一颗宜居恒星——这意味着如果在比邻星周围发现一颗行星，它可能是一个理想的目的地。

“伊卡洛斯项目的目标是用一些新理念和新技术更新代达罗斯的设计，”克劳福德说。“其中一项改进方案是使用不同的核燃料，由光子发生器而非电子束引爆的聚变火箭发动机——这项技术可以借鉴加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置在激光点火方面的最新进展。”

得益于电子微型化（机器人技术和未来纳米技术）的进步，伊卡洛斯探测器比代达罗斯航天器中拟定的 400 吨探测器要小，这意味着航天器将携带更少的燃料，但仍能达到最高速度。

3. 光帆航天器

激光制导光帆航天器是“突破摄星”计划的第一步。（图片来源：Adrian Mann）

尽管以阳光为动力的光帆是探索太阳系的有效方式，但它们的速度不够快，无法在合理的时间内覆盖星际距离。

克劳福德说：“答案可能是在发射时使用强大的激光推动光帆以极高的速度前进，直到航天器距离太远，激光源无法对光束施加更强的力。”

由于移动激光器可以在地球或轨道上建造，星际光帆航天器在旅途中不再需要携带燃料，因此航天器的重量可以保持在最低限度。

这艘激光制导光帆航天器是“突破摄星”项目的第一步。该项目耗资1亿美元，由投资者尤里·米尔纳和物理学家斯蒂芬·霍金于今年宣布。该项目的目标是在2036年前建成一个工作模型，最终任务耗资约100亿美元。

该项目设想了大约 1,000 个贴纸大小的“StarChip”航天器，每个航天器重几克，并连接到轨道上的“母舰”，然后通过地面上的激光加速到光速的 15% 到 20% 左右。

这将使航天器能够在大约 20 到 30 年内完成四光年的旅程，到达半人马座系统——包括主恒星比邻星和宜居行星的三星系统。

突破摄星计划背后的概念是由加州大学圣巴巴拉分校宇宙学教授菲利普·鲁宾研究的，他表示：“剩下的最大挑战是产生足够的激光能量来控制光帆航天器。”

4.巴萨德冲压喷气航天器

巴萨德冲压式喷气发动机航天器将制造出星际空间中发现的微量气体和尘埃。（图片来源：Adrian Mann）

巴萨德冲压喷气发动机航天器并不携带燃料，而是利用航天器前方数千英里的巨大漏斗状电磁场，制造出星际空间中发现的微量气体和尘埃，称为“星际介质”。

来自星际介质的氢气将被压缩，并用作位于航天器后部的聚变火箭的燃料，推动航天器前进。

理论上，只要沿途有足够的星际气体产生推力，由巴萨德冲压发动机驱动的航天器就可以持续加速，并能达到光速的几分之一。

因此，巴萨德飞船在科幻小说中享有长期而光荣的声誉，尤其是在拉里·尼文的“已知空间”系列小说和短篇小说中，包括 1970 年的小说“环形世界”和波尔·安德森的“Tau-Zero”——一个星际机组人员迫使巴萨德飞船减速到相对论速度以避免毁灭。

不幸的是，星际介质围绕着我们的太阳系及其附近的恒星运行，这些恒星非常小，科学家估计那里的氢气不足以为巴萨德冲压式喷气发动机航天器提供燃料。“它不是银河系的，”克劳福德说。

然而，他解释说：“为克服这些限制，人们提出了一些想法，包括一种被称为‘冲压增强型恒星火箭’的概念，它收集反应质量物质，以便能够引导航天器前进，并利用能量用激光照射，以及一种‘星际跑道’，它使用位于巴萨德航天器加速轨道前方的沉积燃料层。”

5.反物质火箭和移动黑洞

反物质由于能量密度极高，可以成为一种极佳的火箭燃料。（图片来源：Adrian Mann）

除了光帆、巨型激光器和聚变火箭之外，还有一些星际旅行的“奇特”选择被提出，例如由物质和反物质极其剧烈（且效率极高）的湮灭反应提供动力的火箭。

“反物质由于其高能量密度，可以成为一种很好的火箭燃料，”克劳福德说。“但它当然不存在于自然界，你必须创造它。创造它不仅非常困难、昂贵，而且危险——所以它可能会被用来作为火箭燃料。”

另一个利用奇异物理学来控制航天器的提议是“史瓦西球状闪电”运动——使用内部装有发动机的微型人造黑洞作为动力源。

上图是一个名为“SK Drive”的航天器的设想——拦截来自微小黑洞快速、极其剧烈衰变的霍金辐射，并将其转化为推动航天器的能量。

每个人造黑洞只能维持几年，因此需要根据需要通过使用激光伽马射线压缩物质来创建新的黑洞。

根据2009年的一项研究，SK驱动的航天器由一个质量相当于现代油轮的微型黑洞提供动力，可在20天内加速到光速的10%。这些黑洞在完全衰变前可以存活约三年半，在其生命周期内将产生超过160拍瓦（PW）的能量，即160千万亿瓦。

6.《慢车》

“慢火车”的概念仍然存在一些想法——也许有一天它能把人类送上星空。（图片来源：Adrian Mann）

“我认为人类比机器人更能有效地探索行星，人类探索太空有其文化原因。目前，星际探索在星际范围内进展顺利——只是距离太远，技术难度太大，这个阶段几乎难以理解，”克劳福德补充道。

尽管如此，“慢车”的概念仍然存在一些想法——有一天它可能会把人类带到星空，其中包括：

睡眠飞船是指让宇航员在长途旅行中处于“深度睡眠”或“漂浮”状态的飞船，这种场景出现在许多科幻电影中，例如斯坦利·库布里克 1969 年拍摄的《2001：太空漫游》、雷德利·斯科特 1979 年拍摄的《异形》和詹姆斯·卡梅隆 2009 年拍摄的《阿凡达》。

世界飞船，又称“世代飞船”或“星际方舟”，是一种巨大的封闭式飞船，可容纳大量人类和其他地球生物。这些飞船让前往“异域”星球的殖民之旅变得相当舒适，但旅程可能需要几个世纪才能完成。一代又一代的人类将在旅途中生死相依，只有他们的后代才能到达目的地。

胚胎飞船将人类干细胞冷冻，而不是“深度睡眠”或将人类生命维持到遥远的星球——在那里，他们可以“生存”并由机器人保护的机组人员进行研究。

7.超光速列车

超光速航天器的概念仍然是个谜。（图片来源：Adrian Mann）

无论天文学家在宇宙中探索何处，相对论始终成立。正如阿尔伯特·爱因斯坦所言：“在太空中，不可能将一个物体加速到光速，然后又忽略它。”

然而，爱因斯坦方程可能仍然保留着一些诀窍，将物理学中已知的过程与超光速（FTL）旅行联系起来——这是几代科学爱好者的圣杯。

FLT 旅行最著名的科学概念是阿库别瑞引擎，由理论物理学家米格尔·阿库别瑞于 1994 年提出。

拟议中的发动机利用由两个旋转的奇异致密物质环产生的强大引力来工作，以超过光速的速度物理收缩航天器前方的空间，同时扩大其后方的空间。

阿库别瑞的提议要求环周围存在某种未知的奇异物质，发动机产生的“气泡”内的航天器在其自身空间中的速度永远不会超过光速，因此不会违反相对论定律。

其他关于超光速旅行的推测包括使用虫洞（理论上不存在）到达纠缠间隙的中间，或者冒险穿过一个巨大的旋转黑洞的边缘，就像克里斯托弗·诺兰在 2014 年的电影《星际穿越》中所描绘的那样。

但克劳福德教授也指出：“超光速航天器的概念仍然充满未知数和矛盾之处，这明显违反了因果关系原则——每一种情况都是由过去发生的其他情况造成的，周围没有任何事物存在。因此，它就像一个无法证明的提议，即使它被可行的技术所接受。”

克劳福德说：“我不想听起来太悲观，因为我可以看到人类从星际旅行中将获得的巨大利益，但物理学就是物理学，它真的很难。”

据Khoahoc.tv报道