听上去很美的“纳米飞行器”，真能到阿尔法星吗？

编者按：本文作者郑永春，行星学家，中科院国家天文台副研究员。

导读：在昨天的专栏文章《神秘的半人马座阿尔法星——霍金的“突破摄星”计划》中，为大家介绍了霍金的“突破摄星”计划，这个计划中一个很重要的点便是“纳米飞行器”，霍金的名气令这项野心勃勃的计划更加激动人心。然而，纳米飞行器这项计划尽管在理论上是可行的，在工程技术实现上却是一个大胆的冒险。下面为大家介绍“纳米飞行器”。

纳米飞行器，听上去很美？

“突破摄星”计划中提出的“纳米飞行器”，可以在短短几分钟内加速到光速的五分之一，即每秒钟飞行六万公里。相比之下，迄今为止人类历史上飞行速度最快的航天器——“新视野号”在飞越木星加速后的峰值速度也仅每秒钟飞行20公里（每小时7.5万公里），这一速度飞到冥王星就用了10年时间，如果以这一速度飞到比邻星至少需要一万四千年以上，显然是人类不可以接受的。

因此，米尔纳和霍金希望研制速度为光速五分之一的“纳米飞行器”，在二三十年内就可以飞越4光年以上的距离，主要目的是希望快速抵达离我们最近的另一个恒星系统，去探索那颗恒星周围的行星，在带去人类信息的同时，也把那里的信息带回地球。

“纳米飞行器”主要由两部分构成：计算机芯片大小的“星芯片”和不过几百个原子那么厚的“太阳帆”。其中，仅有数克重的星芯片上携带着摄影、导航和通讯等设备。

完全展开后的太阳帆效果图

按照计划，科学家需要先在地球上建造大规模的地基激光发射器，然后发射一个航天器，将数千个“纳米飞行器”带入太空。 “纳米飞行器”进入太空后张开光帆，地面上的激光发射器聚焦激光束，发射强大能量的激光，把激光打在光帆上，提供“纳米飞行器”飞行的动力。这一方案从理论上是可行的，但至少在目前，还没有能力制造出飞行速度达五分之一光速的飞行器。

地球上需要建设巨大的激光发射器阵列，向太空发射聚焦激光束

地球上发射功率强大的聚焦激光束，推动太阳帆加速飞行，把“纳米飞行器”加速到光速的五分之一

所谓太阳帆，是靠太阳光的光压推动帆面，进而提供推力的结构。由于太阳光的光压很微小，星际旅行所需的太阳帆面积要非常庞大，而且要先把太阳帆折叠起来，用火箭把它带入太空，然后在太空中展开。

太空中没有任何空气阻力存在，依靠这种微弱推力能为足够大面积的太阳帆提供10e^-55～10e^-3g左右的加速度。为了保证航向的正确，还需要调整帆面张开的角度和方向。

这个史无前例的大胆设想面临的挑战十分巨大

难点之一，激光推进需要在地面建设强大激光源，不断地跟踪、照射飞行器，但激光源从遥远距离怎样才能一直瞄准这么小的“纳米飞行器”？

难点之二，由于光的能量与距离平方成反比，随着飞行器离地球越来越远，激光所能提供的动能也会迅速衰减。

难点之三，即便“纳米飞行器”真的飞到了比邻星，如何把信息传回来也是一个巨大的困难。目前航天器上都有一个外形像锅一样的天线，向地球方向发射无线电波，然后被地球上的大天线接收，但这种方法显然不能用于“纳米飞行器”。因此需要一种全新的通信体制，既能十分轻便，又能避免能量快速衰减，而无法传递到地球。

探索未知世界是人类的天性，科学家受好奇心驱使，总是处于人类创新的前沿。成功的科学家和投资者有共同的特质，那就是既需要有一往无前的勇气，也需要严细慎实的精神。

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