聽上去很美的「奈米太空船」,真能到阿爾法星嗎?

作者 | 發布日期 2016 年 04 月 20 日 9:34 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly
下載自路透

霍金的「突破星擊」計畫中一個很重要的點是「奈米飛行器」,霍金的名氣令這項野心勃勃的計畫更加激動人心。然而,奈米太空船這項計畫儘管在理論上是可行的,在工程技術實現上卻是一個大膽的冒險。下面為大家介紹「奈米太空船」。



「突破星擊」計畫中提出的「奈米太空船」,可以在短短幾分鐘內加速到光速的五分之一,即每秒鐘飛行 6 萬公里。相比之下,迄今為止人類歷史上飛行速度最快的太空船——「新視野號」在飛越木星加速後的峰值速度,也僅每秒鐘飛行 20 公里(每小時 7.5 萬公里),這一速度飛到冥王星就用了 10 年時間,如果以這一速度飛到比鄰星至少需要 1 萬 4 千年以上,顯然是人類不可以接受的。

因此,米爾納和霍金希望研製速度為光速五分之一的「奈米太空船」,在 2、30 年內就可以飛越 4 光年以上的距離,主要目的是希望快速抵達離我們最近的另一個恒星系統,去探索那顆恒星周圍的行星,在帶去人類資訊的同時,也把那裡的資訊帶回地球。

「奈米太空船」主要由兩部分構成:電腦晶片大小的「星晶片」和不過幾百個原子那麼厚的「太陽帆」。其中,僅有數克重的星晶片上攜帶著攝影、導航和通訊等設備。

雷鋒網配圖

▲ 完全展開後的太陽帆效果圖。

按照計畫,科學家需要先在地球上建造大規模的基地雷射發射器,然後發射一個太空船,將數千個「奈米太空船」帶入太空。「奈米太空船」進入太空後張開光帆,地面上的雷射發射器聚焦雷射光束,發射強大能量的雷射,把雷射打在光帆上,提供「奈米太空船」飛行的動力。這一方案從理論上是可行的,但至少在目前,還沒有能力製造出飛行速度達五分之一光速的飛行器。

雷鋒網配圖

▲ 地球上需要建設巨大的鐳射發射器陣列,向太空發射聚焦雷射光束。

雷鋒網配圖

▲ 地球上發射功率強大的聚焦雷射光束,推動太陽帆加速飛行,把「奈米太空船」加速到光速的五分之一。

所謂太陽帆,是靠太陽光的光壓推動帆面,進而提供推力的結構。由於太陽光的光壓很微小,星際旅行所需的太陽帆面積要非常龐大,而且要先把太陽帆摺疊起來,用火箭把它帶入太空,然後在太空中展開。

太空中沒有任何空氣阻力存在,依靠這種微弱推力能為足夠大面積的太陽帆提供 10e^-55~10e^-3g 左右的加速度。為了保證航向的正確,還需要調整帆面張開的角度和方向。

 

這個大膽設想面臨的挑戰十分巨大

難處一,雷射推進需要在地面建設強大雷射源,不斷地跟蹤、照射飛行器,但雷射源從遙遠距離怎樣才能一直瞄準這麼小的「奈米太空船」?

難處二,由於光的能量與距離平方成反比,隨著太空船離地球越來越遠,雷射所能提供的動能也會迅速衰減。

難處三,即便「奈米太空船」真的飛到了比鄰星,如何把資訊傳回來也是一個巨大的困難。目前太空船上都有一個外形像鍋子一樣的天線,向地球方向發射無線電波,然後被地球上的大天線接收,但這種方法顯然不能用於「奈米太空船」。因此需要一種全新的通信訊體制,既能十分輕便,又能避免能量快速衰減,而無法傳遞到地球。

探索未知世界是人類的天性,科學家受好奇心驅使,總是處於人類創新的前端。成功的科學家和投資者有共同的特質,那就是既需要往前的勇氣,也需要嚴細慎實的精神。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:達志影像)

延伸閱讀:

發表迴響