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編者按：本文作者鄭永春，行星學(xué)家，中科院國家天文臺副研究員。
導(dǎo)讀：在昨天的專欄文章《神秘的半人馬座阿爾法星——霍金的“突破攝星”計劃》中，為大家介紹了霍金的“突破攝星”計劃，這個計劃中一個很重要的點便是“納米飛行器”，霍金的名氣令這項野心勃勃的計劃更加激動人心。然而，納米飛行器這項計劃盡管在理論上是可行的，在工程技術(shù)實現(xiàn)上卻是一個大膽的冒險。下面為大家介紹“納米飛行器”。
“突破攝星”計劃中提出的“納米飛行器”，可以在短短幾分鐘內(nèi)加速到光速的五分之一，即每秒鐘飛行六萬公里。相比之下，迄今為止人類歷史上飛行速度最快的航天器——“新視野號”在飛越木星加速后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一萬四千年以上，顯然是人類不可以接受的。
因此，米爾納和霍金希望研制速度為光速五分之一的“納米飛行器”，在二三十年內(nèi)就可以飛越4光年以上的距離，主要目的是希望快速抵達(dá)離我們最近的另一個恒星系統(tǒng)，去探索那顆恒星周圍的行星，在帶去人類信息的同時，也把那里的信息帶回地球。
“納米飛行器”主要由兩部分構(gòu)成：計算機芯片大小的“星芯片”和不過幾百個原子那么厚的“太陽帆”。其中，僅有數(shù)克重的星芯片上攜帶著攝影、導(dǎo)航和通訊等設(shè)備。
完全展開后的太陽帆效果圖
按照計劃，科學(xué)家需要先在地球上建造大規(guī)模的地基激光發(fā)射器，然后發(fā)射一個航天器，將數(shù)千個“納米飛行器”帶入太空。 “納米飛行器”進入太空后張開光帆，地面上的激光發(fā)射器聚焦激光束，發(fā)射強大能量的激光，把激光打在光帆上，提供“納米飛行器”飛行的動力。這一方案從理論上是可行的，但至少在目前，還沒有能力制造出飛行速度達(dá)五分之一光速的飛行器。
地球上需要建設(shè)巨大的激光發(fā)射器陣列，向太空發(fā)射聚焦激光束
地球上發(fā)射功率強大的聚焦激光束，推動太陽帆加速飛行，把“納米飛行器”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(jié)構(gòu)。由于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，而且要先把太陽帆折疊起來，用火箭把它帶入太空，然后在太空中展開。
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(diào)整帆面張開的角度和方向。
難點之一，激光推進需要在地面建設(shè)強大激光源，不斷地跟蹤、照射飛行器，但激光源從遙遠(yuǎn)距離怎樣才能一直瞄準(zhǔn)這么小的“納米飛行器”？
難點之二，由于光的能量與距離平方成反比，隨著飛行器離地球越來越遠(yuǎn)，激光所能提供的動能也會迅速衰減。
難點之三，即便“納米飛行器”真的飛到了比鄰星，如何把信息傳回來也是一個巨大的困難。目前航天器上都有一個外形像鍋一樣的天線，向地球方向發(fā)射無線電波，然后被地球上的大天線接收，但這種方法顯然不能用于“納米飛行器”。因此需要一種全新的通信體制，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(xué)家受好奇心驅(qū)使，總是處于人類創(chuàng)新的前沿。成功的科學(xué)家和投資者有共同的特質(zhì)，那就是既需要有一往無前的勇氣，也需要嚴(yán)細(xì)慎實的精神。
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