从太空经济谈起:21世纪会是人类宇宙纪元的开端吗
张一苇
原创文章
2019/02/05

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Space Economy: Would the 21st Century be the Beginning of Spacefaring Age?

仰望星空 脚踏实地

我的征途是星辰大海。

——田中芳树《银河英雄传说》

已仙逝的理论物理学家、宇宙学家、作家史蒂芬·霍金 (Stephen Hawking),曾在2017年的斯坦梅斯科学节 (The Starmus International Festival) 上,留下这样一番话:

我们的物质资源正以惊人的速度消耗殆尽。我们给地球带来了灾难性的气候变化。气温上升,极地冰帽消退,森林遭到滥砍滥伐,生物物种不断灭绝。我们就是一帮无知、轻率的家伙。留给我们的空间已经不多了,而唯一可以去的地方是其他的星球。现在该是去探索其他太阳系的时候了。将人类文明散播出去,可能是我们拯救自己的唯一办法。我确信人类必须离开地球。

正是怀着这样的信念,霍金与物理学家、风险投资家尤里·米尔纳 (Yuri Milner) 一道,在2016年4月12日正式启动了名为“突破摄星” (Breakthrough Starshot Initiative) 的太空探索计划,旨在一代人的时间当中,完成人类探测器首次飞抵距离太阳系最近的一颗恒星——4.4光年外的半人马座α星的壮举,并将收集到的数据传回地球。该计划初期投资1亿美元,最终可能将耗资50亿至100亿美元。

目前“摄星”构想的核心,是由被称为“星片” (StarChip) 、数以千计的纳米机器组成的光帆航天器。这些“星片”将利用激光照射在其表面上产生的光压作为推进力。如果使用足够高功率的激光照射这张星片组成的“风帆”(“摄星”计划希望激光功率能达到100千兆瓦级别),理论上其飞行速度可以达到光速的20%。以这一惊人的速度,光帆飞行器有望在出发后的20年内抵达半人马座α星,其传回的数据再经过约4年的时间,由地球上的激光设备接收。

光帆航天器艺术想象图 来源:Breakthrough Starshot

当然,“摄星”计划仍存在着太多的“如果”:

  • 地面的激光基站占地规模将达数平方公里,而且选址必须是气候干燥的高海拔地区,以尽可能减轻大气散射对激光能量的损耗;

  • 每一次推进所需的电力高达数千兆瓦时,需要庞大的发电机组和蓄电设施;

  • 数以千计的纳米机器必须装载在一艘“母舰”中,成功发射到高海拔轨道上;

  • 为了补偿大气效应的影响,得运用实时自适应光学技术;

  • 将激光光束聚焦到光帆上,做到在几分钟内将单个纳米机器加速到目标速度;

  • 充分考虑旅途中星际尘埃碰撞造成的偏差和风险;

  • 捕捉目标星系中行星的图像和其他科学数据,并使用微缩机载激光通信系统将其传回地球;

  • 地面的激光基站得在探测器预定到达时间的逾4年后仍能正常运作,以接收发回的数据。

平心而论,光帆推进系统的理论性能指标,远远超过当前科学技术所能实现的维度,目前仍在向学界公开征求上述技术难题的解决方案;而“摄星”计划的推进与实现,则要仰赖来自全人类社会的合作与支持,以及有关国家政府和国际组织的许可。

如果说“摄星”计划体现了人类对深空探索的无限遐想和对自身未来的美好期冀,那么人类对大气外层空间开发利用的现状,则可以用“理想很丰满,现实很骨感”来形容。

自1972年阿波罗17号的两位美国宇航员结束最后一次月面登陆任务以来,世界各国就再未执行过针对地外天体的载人任务

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