科技日报记者 付毅飞
科学家一向在寻觅更为高效的太空游览办法，乃至大开脑洞，构思出种种光速游览的幻想。但以现在可以预见的技能手段，人类不或许完结光速游览，也不或许完结恒星际飞翔。
去其他星球看一看、玩一玩，乃至爽性住下来，是许多科幻迷的愿望。科学家们也在有备无患，为人类寻觅“第二家乡”。从火星、半人马座到开普勒452B，他们的目光越投越远。
但是实际问题是，就算找到一颗适宜的类地行星，咱们也没办法搬曩昔。面对检测的不仅是航天技能，恐怕还有人类的寿数。以电影《阿凡达》中在半人马座虚拟的“潘多拉”星球为例，要前往这颗距咱们4.4光年的星球，即便按太阳神2号发明的人类飞翔器速度纪录（约每小时25万公里）来核算，也需求差不多2万年。
为了完结愿望，科学家一向在寻觅更为高效的太空游览办法，乃至大开脑洞，构思出种种光速游览的幻想。但中国航天科工集团二院研讨员杨宇光向科技日报记者表明：“以现在可以预见的技能手段，人类不或许完结光速游览，也不或许完结恒星际飞翔，除非人类对底子物理学认知上呈现质的腾跃。”
光速游览幻想缺少物理学支撑
最近，美国国家航空航天局（NASA）工程师大卫·伯恩斯提出了一种近光速粒子加快相对性螺旋引擎概念。他宣称这种引擎无需任何燃料，就能让飞船抵达光速的99%。这一概念已宣布在NASA的技能陈述服务器上。
不过有专家以为，该幻想或许得不到物理规律的支撑。
伯恩斯的发动机原理并不杂乱。一个盒子一根杆，杆上套上一个圆环，盒子里的绷簧推圆环，滑到头之后弹回来构成振动，这样的效应会让盒子来回摇摆。伯恩斯以为，假如让圆环滑动时质量增大，盒子的一端就会比另一端重，然后加快行进。要怎样才能完结这种加快呢？伯恩斯以为，狭义相对论现已提出了处理办法，那便是让物质以近光速运动，这样质量就会添加。他幻想用粒子加快器替代圆环，粒子在一个冲程中敏捷加快到相对论速度，而在接下来的冲程中则敏捷减速。在这样的情况下，实际上可以不要盒子和杆，而将粒子加快器规划成螺旋形进行横向和圆周运动，就可以抵达加快的意图。只需持之以恒，终将使引擎速度挨近光速。
但是这样的加快办法功率极低，用165兆瓦功率发生的力，只是跟咱们敲键盘的力道差不多。更为难的是，这种引擎需求在彻底没有冲突力的环境下运转，稍有一点冲突力，就足以将弱小的推力抵消，但一切惯性体系都不或许得到彻底无冲突的作业环境。
人类对光速飞翔的寻求由来已久。1953年，奥地利科学家尤金·桑格尔就提出了光子火箭的幻想。
依据齐奥尔科夫斯基公式，火箭速度与发动机喷流速度成正比。那么，假如能让喷流速度抵达光速，火箭不就能以光速飞翔了吗？
但直到今日，光子火箭仍处于探究阶段。除了制作许多反质子所耗费的能量、用于确保光子源取得满足光压的高温等问题无法处理，其物理原理也遭受了瓶颈。杨宇光说，齐奥尔科夫斯基公式本是一个自然对数方法，但当喷流速度挨近光速时，则变成双曲正切函数方法。简单说，即便喷流速度能抵达光速，火箭的加快功率仍是很低，要加快到光速极端困难。
还有人提出过更天马行空的幻想，例如经过曲率驱动引擎，令前方空间缩短而后方空间胀大，使飞船速度打破光速约束。全国空间勘探技能首席科学传达专家庞之浩对此点评：“科幻。”
近年来，有些科学家发现曲率引擎好像没有幻想中那么难，开端测验将科幻变为实际。但杨宇光表明，曲率引擎的原理是对空间进行折叠，需求的能量抵达了黑洞量级。“人类发生文明以来，收集到的一切能量，都不足以支撑一艘飞船发生改动空间的才能，并且是差许多个数量级。”他说，“在现在看来，这一幻想在工程上不或许完结。”
多种高速飞翔计划仍在探究中
已然光速游览的愿望遥不行及，有些科学家便退而求其次，期望找到更具操作性的高速飞翔办法。例如2017年，斯蒂芬·霍金提出了根据激光推动原理的“打破摄星”计划。
该计划以间隔地球4.2光年的比邻星为方针。霍金提出，期望研发1000个几厘米巨细、功用齐备的勘探器，在地球上树立激光器列阵，用超强光束让它们加快到光速的五分之一，这样可以在20年后抵达比邻星并传回相关信息。
这项计划也不被看好。行星科学专家、中科院国家天文台研讨员郑永春曾向科技日报记者表明，激光推动需求在地上建造强壮激光源，不断盯梢、照耀飞翔器，但这么悠远的间隔，怎样确保激光源能一向瞄准这么小的飞翔器？别的，光的能量与间隔的平方成反比，跟着飞翔器离地球越来越远，激光所能供给的动能也会敏捷衰减。这都是难题。
杨宇光以为“打破摄星”计划在工程上底子无法完结。他说，要将几克量级的飞翔器加快到每秒6万公里，所需能量相当于400吨左右TNT炸药的当量。一起需求考虑到，激光器效果间隔有限，能抵达100万公里就不错了，这要求加快进程要在极短时刻内完结，而这是现在任何资料都无法承受的。一起，该计划还面对轨迹丈量、信号传输等难题。
除了运用地球上的动力之外，科学家还将目光转向了世界“外援”——太阳正成为科学家寄予期望的宇航动力之一。俄罗斯萨马拉大学近来发布音讯称，该校专家正在研讨能凭借太阳光压快速移动的太阳帆飞船，其速度能抵达现在人类最快勘探器速度的10倍以上。记者了解到，美国太空安排“行星学会”此前现已发射光帆2号飞船对该技能进行了验证，我国也在展开相关技能研讨。
杨宇光介绍，该技能使用巨大的光帆，可以将特别细微的航天器加快到每秒数百公里量级，但关于载人飞船或是大型勘探器却力不从心。一起，勘探器离太阳越远，取得的动力就越弱。因而太阳帆飞船只能用于太阳系邻近的无人勘探使命。
在形形色色的未来航天技能幻想中，太空电梯常被人津津有味。太空电梯有几种方法，比较有用的，是从赤道邻近架起“电梯”通往地球停止轨迹空间站，以完结快速快捷的六合往复。
庞之浩表明，现在人类航天活动中最吃力的，便是从地上发射进入太空轨迹的阶段，要支付昂扬的本钱、耗费许多燃料。而太空电梯可以协助人类越过这一阶段，从更高的起点动身。
不过，太空电梯究竟只能处理“起跑”问题，剩余的“马拉松”要想更快完结，还得依靠其他宇航动力技能。并且这也不是很快就能完结的。庞之浩说，太空电梯所用“缆绳”要有数十倍于钢材的强度、超轻的质量，以及可以承受的本钱。现在仅有契合条件的资料是碳纳米管，许多国家在展开攻关，但离工程使用还很悠远。业界猜测，太空电梯相关技能有望在本世纪内取得打破。
核动力火箭无法完结恒星际飞翔
已然上述种种幻想短期内都无法完结，咱们暂时仍是把目光收回到当时的干流航天动力方法——火箭上吧。
庞之浩表明，惯例的化学动力火箭，在推力、速度等方面底子已抵达瓶颈，很难再有较大打破。不过，科学家正在对多种新式动力火箭展开研讨，包含核动力、电推动、电磁驱动等。
庞之浩介绍，美国前华裔宇航员张福林兴办的公司，正在规划一款“可变比冲磁等离子体火箭”。这种核电火箭听说仅需1个多月就能飞到火星，但相关技能还处于研讨阶段。
美国与俄罗斯正在联合研发核动力火箭，与传统火箭每小时2万公里的速度比较，其时速可抵达8万公里，能将火星游览时刻缩短到2个月。不过该计划也面对许多技能难题，还存在一个严峻的副效果——核动力发生的辐射，相当于让宇航员每天拍8次X光片。与核动力相匹配的防辐射办法，现在尚待霸占。
在动力学中，“比冲”是表现发动机作业功能和推动剂能量特性的首要技能指标，以牛秒/千克或秒为单位。杨宇光说，现在常温化学燃料火箭发动机的比冲通常是300多秒，氢氧发动机为450秒左右，电推动火箭发动机最高可达1万秒。假如人类能把握受控核聚变技能，可以让火箭发动机取得功率极高的能量来历，则有望将比冲提高10倍。“假如抵达这个程度，人类将可以在太阳系内自在飞翔。”他说，“但关于恒星际飞翔，依然差了好几个数量级，仍是做不到。”
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修改：张爽（实习）
审阅：朱丽
