光帆二號成功揚帆首航，距離星際遠航還有多遠？

最近，人類史上第二艘太陽帆航天器——光帆二號，在近地軌道空間成功演示，再次激起人們「出征大海星辰」的道道雄心。到底哪種星際飛船，最有可能率先實現星際遠航？

每當我們形容某些事物速度極快的時候，往往都會拿火箭來比喻——XXX就跟火箭速度一樣……

事實上，一般運載火箭入軌速度為7.6公里／秒，最高可達10.8公里／秒，這一速度至少是高爾夫球開桿速度的126倍，至少是出膛子彈速度的7倍，至少是人類最快飛機北美X-15火箭動力飛機的3.7倍……

但跟光速相比，卻慢如龜速。畢竟人類面對的常常是以光年為跨度的宇宙尺度。要知道人類在太空中的活動空間是多麼渺小。

作為目前飛得最遠的人類飛行器——旅行者1號，截至今天（2019年8月2日）距離我們地球146AU，光行時間超過20個小時，但跟一光年（946× 10^10公里）相比起來，只是0.2%！要知道旅行者1號可是已經整整飛行了41年10個月26天！

所以呢，突破現有人造飛行器速度，可以說是N代人追求的夢想。

正如宇航動力學家論斷，目前化學動力火箭差不多要被榨乾了，速度也幾乎要到頭了，唯有跳出現有化學動力推進，才能實現科幻級的宇航速度。

以下我們就來盤點一下，比較接近現實、比較靠譜的幾種未來星際飛船，及其背後的超級推進技術。

光帆

LIGHTSAIL

也叫太陽帆，採用巨大的薄膜鏡片，以太陽光的輻射壓作為飛船推進力。光帆的概念最早是由德國天文學家開普勒在17世紀提出的。

2010年，日本發射了測試版宇宙探測器IKAROS。IKAROS全稱「依靠太陽輻射加速的星際風箏」（也指希臘神話悲劇人物伊卡洛斯，使用蠟制飛行翼飛向太陽，結果落水喪生），由日本宇航研究開發機構JAXA開發，是世界第一個以太陽帆為動力的探測器。

最近，光帆二號成功演示了太陽帆推進技術。6月25日由SpaceX重鷹火箭發射，7月24日成功展開32平方米太陽帆，一周後資助該項目的美國行星協會宣布：光帆二號成為首個採用光帆動力在地球軌道飛行的航天器；這是繼日本2010年發射伊卡洛斯號光帆後，史上第二艘光帆航天器。

目前行星協會公布的數據顯示，光帆二號運行在705至725公里的低軌道，軌道速度約為7.48公里/秒，每天軌道爬升幾百米至900米，4天內遠地點高度提升了1.7公里。

當然，這距離以光帆為動力的載人星際遠航還很遙遠……

熱核動力飛船

THERMONUCLEAR PROPULSION

熱核動力宇宙飛船的概念，早在1973年就已開始被全世界最老牌的太空探索研究機構——行星學會，正式立項研究。推進原理其實跟我們太陽燃燒差不多，都是利用熱核聚變產生巨能。

熱核聚變具有諸多優勢：燃料氫(氘)是宇宙中最豐富的元素，是裂變燃料(鈾233,鈾235、鈈239)含量的10^10倍；聚變產生粒子很容易屏蔽，更安全、更環保，純聚變反應也更便宜、更高效。

這是NASA與BWXT（弗吉尼亞能量技術公司）聯手開發的雙峰熱核動力火箭概念圖。

熱核動力的關鍵就在於可控核聚變技術，目前主要有三種：激光約束（慣性約束）核聚變、磁約束核聚變（托卡馬克式）、超聲波核聚變。

激光約束和磁約束是主要方向，美國能源部側重激光約束來研製核聚變。

中國、歐盟、美國、日本、俄羅斯等聯手投資160億歐元，創建全球最大實驗性磁約束核聚變反應堆ITER，主攻磁約束。

根據行星學會研究報告，人類一旦掌握熱核動力火箭技術，採用氘燃料每秒每噸可產生3000噸推力，能夠達到每秒1萬公里的宇航速度，這是光速的1/30，人類夢寐以求的近光速。

激光飛船

LASER PLASMA PROPULSION

激光飛船，又稱脈衝激光推進宇宙飛船，就是採用快速重複的高能脈衝激光束來加熱推進劑，也就是說工作介質不是被穩定地加熱，而是產生一系列巨大的脈衝衝擊波。當推進劑流動到激光聚焦區域時，會迅速升溫，發生電離，成為高溫等離子體迅速膨脹，形成激光衝擊波，然後衝擊波從超音速噴管中噴出，產生推力。

據悉，激光飛船技術一旦成熟後，其速度理論值約為光速1%，即每秒3000公里。

這一技術早在20世紀70年代美蘇開始研發。最新突破是在2000年，美國光船技術公司將直徑為12.2厘米、重50克的激光飛船原型機發射到71米高度，飛行12.7秒。

這是迄今為止飛行時間最長、飛行高度最高、飛船重量最重的激光飛船記錄，意義相當於當年萊特兄弟第一次駕駛飛機飛上藍天。

星際氣體衝壓動力飛船

BUSSARD RAMJET

又稱巴薩德衝壓動力飛船，是1960年代美國物理學家巴薩德構想出來的一種未來宇航推進技術。

這種推進器是一種核聚變衝壓發動機，利用巨大的電磁場（上萬平方公里）作為漏斗，收集、壓縮星際物質中的氫（因為構成宇宙普通物質75%都是氫），直到足以發生核聚變，從而透過反作用力推進飛船前進。

根據巴薩德推導得出，這種星際氣體衝壓動力飛船的最大推進速度不會超過100公里／秒。儘管飛行速度並不快，但續航能力超長超贊，所以適合恆星際飛行。

電磁驅動飛船

EmDrive

電磁驅動原理，1999年最早由英國工程師羅傑·索耶提出。

電磁驅動的原理是這樣子的：在一個沒有尖頂的錐形腔體內，通過太陽能供電產生大量電磁微波，在錐形腔體里形成高密度地來回反射，利用錐形腔體兩端粗細不等形成的推力差，由此產生巨大推力，進而推進飛行器飛行。這相當於在封閉容器里產生推進力，卻不需要任何化學燃料推進劑，學名無工質驅動。

據稱，就在2016年12月10日，中國空間技術研究院公布了一項令人熱血沸騰的科研成果：電磁驅動技術已在天宮二號里成功測試，這就意味著這項神驅動技術的原理驗證不僅可行可靠，而且將儘快研發，首先實際應用在衛星推進驅動上。

要知道，這一技術NASA已經研發了10年，跟NASA進行電磁驅動技術綁定的美國Cannae Drive公司，計劃要等到2018年發射一顆6U立方體衛星，才能進行太空驗證。中國在此很可能領先於美國技術，率先製造出神級發動機——電磁驅動宇航推進器。

反物質飛船

ANTIMATTER

物質與反物質相遇發生湮滅，質量可以完全轉換成能量，從而獲得最大的能源效率。據計算，反物質發動機的單位產量，是常規燃料的億兆倍／核能的千百倍，所以，反物質驅動，一直是人們夢寐以求的神級推進技術。

但由於目前人為製造反物質的方式，只能依靠加速粒子打擊固定靶產生反粒子，再減速合成。這一過程所需要的能量遠大於湮滅作用所放出的能量，而且生成反物質的速率極低，因此尚不具有經濟價值。此外，反物質與物質相遇會發生湮滅，保存上也是一大問題。

不過，反物質發動機從未中斷過研發，最近曾任職於費米實驗室的美國物理學家拉爾德·傑克遜，發明一種反衝式起動機正在測試反物質推進器。

除此之外，還有一些科研人員正在研究更為科幻的飛船推進技術，比如空間曲率驅動飛船。

就像《星際迷航》里的曲速引擎Warp drive、《三體》里的曲率引擎那樣，這種飛船通過讓前方空間收縮而後方空間擴張的方式，極速移動。

看起來太玄，但理論上可行，因為完全遵守愛因斯坦場方程建立起的一套時空度規。

——以上這些堪稱科幻級的神技術，不管哪一種一旦獲得突破性成功，會意味著什麼呢？

以我本人的理解，這將會帶來人類文明的第二次文藝復興，人類社會的徹底飛躍。

因為從近到眼前——全球能源問題，遠到未來——太空移民和星際殖民，本質上都需要一場徹底的能源革命，只有根本性升級現有能源技術、宇航動力技術才能現實，而搭載未來技術的這些飛船，正是人類最有希望夠得著的尖端科技。

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