離子推進器

1961年，蘇聯宇航員尤里•加加林成為人類進入太空第一人。8年以后，美國宇航員尼爾•阿姆斯特朗和巴茨•奧爾德林成功地登上了月球的表面。這是至今為止人類所到過的最遠距離。

除了經濟預算和政治意愿等問題以外，主要的障礙是目前的化學燃料火箭無法用于長距離的深空飛行。雖然已經可以把機器人探測器送往太陽系外行星，但它們需要幾年時間才能到達那里。

至于造訪其他的恒星，可以說是不可能的。例如美國的“阿波羅10號”宇宙飛船是迄今速度最快的載人航天器，其最高速度達到了每小時39895公里。但即使以這個速度飛行，那么到達距離地球最近的恒星系統——4光年遠的半人馬座阿爾法星系，也需要12萬年的時間。

因此，如果人類真的想進行深空星際旅行并且前往比半人馬座阿爾法星系更遙遠的地方，那么就需要采用一些新的技術。下面就是專家們提出的未來星際飛行的10項新技術。這些技術范圍廣泛，其可行性大不相同，其中一些也許不久就能夠實現，而有一些也許根本就不可能實現。

離子推進器

常規火箭是通過尾部噴出高速的熱氣體來產生推力的。離子推進器采用相同的原理，但與噴射高溫氣體不同，它所噴出的是一束帶電粒子或離子。離子推進器產生的推力雖然比較小，但關鍵的一點是，產生相同的推力所需的燃料，離子推進器要比常規火箭少得多。只要離子推進器能夠長期穩定地工作，最終也能夠把飛行器加速到極高的速度。

目前一些航天器已經使用了離子推進器，例如日本的“隼鳥” 號小行星探測器和歐洲航天局的SMART-1月球探測器，而且這一技術也正在逐步地完善。

未來最有希望成為更遠太空旅行飛船推進器的，可能就是可變比沖磁等離子體火箭（VASIMR）。與通常采用強電場加速離子的離子推進器有所不同，VASIMR使用射頻發生器（而不是像用于無線電廣播的發射器），把離子加熱到100萬攝氏度。

VASIMR的工作原理是：在強大的磁場中，離子會以固定的頻率旋轉，將射頻發生器調諧到這個頻率，為離子注入額外的能量，從而大幅度增加推力。初步的測試結果相當好。專家們認為，如果一切順利，VASIMR將能夠推動載人飛船在39天內到達火星。

可行性：數年后可能實現。

核脈沖推進技術

這種技術的基本思想是：在推進火箭的尾部定期扔出一個核彈，用作推動力的來源。

美國國防部高級研究計劃局（DARPA）曾經于1955年在代號為“獵戶座計劃”的項目中認真地研究了核脈沖推進，其目的是設計出一種快速的星際旅行方案。即使按照今天的標準來看，DARPA的設計也非常“巨大”，它需要建造一個很大的減震器，外加一個用于保護乘客的輻射防護罩。這種方案看起來可行，但它可能會對大氣層造成嚴重的輻射問題。當首批核試驗禁令頒布以后，這一計劃最終于20世紀60年代被取消。

盡管存在許多擔憂，一些科學家仍然在繼續提出新的核脈沖推進方案。從理論上來說，一艘由核彈驅動的飛船速度可以達到光速的十分之一，以這樣的速度到達最近的恒星只需要40年。

可行性：完全有可能實現，但存在風險。

核聚變動力火箭

除了核脈沖推進，還有其他依靠核能的推進技術。例如，在火箭上安裝一個裂變反應堆，利用其產生的熱量來噴射氣體提供推力，這就是核裂變動力火箭。但是就威力而言，核裂變動力火箭根本無法和核聚變動力火箭相比。

在核聚變反應中，核子被迫進行聚合從而產生巨大的能量。大多數的核聚變反應堆都是利用被稱為“托卡馬克”的裝置，將燃料限制在一個磁場之中來驅動聚變反應的。但是，托卡馬克裝置極為笨重，并不適用于火箭。因此，核聚變動力火箭必須采用另一種觸發聚變的方法，即慣性約束核聚變。這種設計以高功率能量束（通常是激光）來取代托卡馬克裝置中的磁場，通過劇烈引爆小顆粒燃料導致外層爆炸，進而推動內層物質觸發核聚變。當核聚變反應發生后，磁場會引導所產生的高溫離子從火箭尾部噴出，實現核聚變火箭的推進力。

在20世紀70年代，英國星際學會詳細地研究了這一類型的核聚變動力火箭，它們可以在50年內（對于人類來說這一時間跨度尚可承受）把人類送往另一顆恒星。

美中不足的是，盡管研究人員已經努力了幾十年，但是至今還沒有一個可以工作的核聚變反應堆。

可行性：有可能，但最少還要幾十年。

巴薩德沖壓式噴氣發動機

所有的火箭，包括核聚變動力火箭，都存在一個相同的關鍵難題：為了獲得更高的加速度，就必須攜帶更多的燃料，這就會使火箭變得更重，最終又降低了加速度。因此，如果真想進行星際旅行，就應該避免攜帶任何燃料。

1960年美國物理學家羅伯特•巴薩德提出的沖壓式噴氣發動機，或許可以解決這一難題。它的原理和上述核聚變動力火箭一樣，但是它并不需要攜帶核燃料，它首先是將周圍太空中的氫物質進行電離，然后利用強大的磁場吸收這些氫離子作為燃料。

雖然沖壓式噴氣發動機沒有上述核聚變動力火箭中的反應堆問題，但是它所面臨的是磁場大小的問題。由于星際空間中氫物質很少，因此它的磁場必須要足夠大才行，甚至要延伸到數百乃至數千公里之外。除非是發射前進行精密的計算，設計出飛船飛行的精確軌道，這樣就不需要巨大的磁場。不過這種想法又出現另外一個問題，那就是飛船必須要按既定軌道飛行，不得偏離，而且也使得往返其他恒星變得極為困難。

可行性：存在巨大的技術挑戰。

太陽帆

這是另一項不需要攜帶足夠燃料并且可以達到極高速度的技術，不過它需要一個時間過程。

正如傳統的利用地球大氣層中風能的風帆，太陽帆汲取的是太陽光中的能量。太陽帆推進技術已經在地球上的真空室中成功地進行了測試，但在太空軌道上的測試卻遭到不幸。例如，2005年，總部設在加利福尼亞州帕薩迪納的美國行星協會訂制的世界第一艘太陽帆飛船“宇宙1號”，因為火箭推進器出現故障而發射失敗。

盡管在初期出現了各種問題，但是太陽帆仍然是一個非常有前途的未來太空技術，至少它可以保證在太陽系內飛行，太陽的光線可以為它提供最強大的推進力。

可行性：完全有可能，但適應空間有限。

磁場帆

磁場帆是太陽帆的一個“變種”。與太陽帆不同的是，磁場帆是由太陽風提供推動力，而不是由太陽光提供推動力。
太陽風是一種擁有自己磁場的帶電粒子流。科學家的一種想法是，在太空飛船周圍制造一個與太陽風磁場相排斥的磁場，這樣就可利用磁場的排斥力推動飛船飛行。

另一個變種是“太空蜘蛛網”，這種技術就是在太空飛船周圍延伸出一個帶正電的電網，這樣的電網可以與太陽風中的大量的正離子相排斥，從而獲得推進力。

磁場帆或者類似的技術還可以利用行星的磁場來使飛船改變自身的軌道，甚至駛離行星際空間。

然而，太陽帆和磁場帆都不適合星際旅行。當它們遠離太陽的時候，陽光和太陽風的強度就會急劇下降，因此它們無法達到飛往其他恒星所必需的速度。

可行性：只適合太陽系內旅行。

能量束推進技術

如果太陽沒有足夠的能量來推動真正的高速星際飛船，那么也許可以通過向飛船發射能量束來做到這一點。

這項技術之一就是激光燒蝕，即利用從地面上發射出的強大的激光來燒蝕飛船尾部的特殊金屬，金屬逐漸蒸發形成蒸汽，從而提供推進力。

另一種相似的技術就是由美國物理學家和科幻小說家格雷戈里•本福德提出的，為飛船裝配涂有特殊涂料的太陽帆。從地球上發出的微波束可以蒸發這些涂料，從而產生推力。這可以加快星際旅行的速度。

進行星際旅行，最好的方法可能是使用激光來推動光帆。美國物理學家羅伯特•福沃德在1984年的一篇論文中首次提出了這一設想。

能量束推進技術也存在許多重大挑戰。首先，能量束必須在遠距離上精確地對準目標；其次，飛船必須要能夠極為高效地利用所提供的能量；另外，產生能量束裝置的功率必須非常強大——在某些情況下，所需的能量甚至超過了目前人類的總能量輸出。

可行性：存在極大的技術挑戰。

時空扭曲技術

1994年，英國威爾士卡迪夫大學物理學家米格爾•阿爾庫比雷首次提出了類似《星際迷航》中的時空扭曲技術。這一技術將使用尚未被發現的、具有負質量和負壓力的“奇異物質”。它可以扭曲時空，從而使飛船快速接近前方的空間，而后方的空間在不斷擴張。飛船就好像處于一個不斷膨脹的“彎曲泡”中，可以飛得比光速快，而且不會違背相對論的原理。

然而，這種技術存在許多問題。首先，為了維持這種時空扭曲，需要巨大的能量，這種能量或許會比整個宇宙的全部能量都要大。其次，它會產生大量威脅宇航員生命的輻射。另外，也沒有證據表明存在這樣一種特殊的物質。
更為關鍵的是，2002年發表的計算證明，飛船無法往“彎曲泡”的前方發送信號，這就意味著宇航員將無法操控飛船。事實上，無論能提供多少能量，從物理學上講似乎都不可能產生這樣的“彎曲泡”。

可行性：顯然不可能。

蟲洞利用技術

自從愛因斯坦的廣義相對論被廣泛接受以來，人們已經從理論上證明蟲洞可能存在。“蟲洞”這個概念是創造了“黑洞”一詞的美國著名物理學家約翰•惠勒提出的，意思是宇宙中可能存在連接兩個不同時空的狹窄隧道。

關鍵的問題是，蟲洞確實存在嗎？如果存在，我們是否能夠從中穿過？遺憾的是，這兩個問題的答案很可能都是“不”。

如果蟲洞要存在，就必須要由上文中阿爾庫比雷所提出的“奇異物質”來穩定，但是目前還沒有發現這樣的物質。另外，雖然可以用特殊的負能量場來維持蟲洞處于張開的狀態，但進入蟲洞的任何物質或者能量都會立即使它關閉。不過，20世紀90年代俄羅斯物理學家謝爾蓋•克拉斯尼可夫提出了一種不同類型的蟲洞。由于自身可以制造出“奇異物質”，因此這一類型的蟲洞可以自我維持。

另一個明顯反對蟲洞的理由是，如果蟲洞可以用于穿越空間，那么它也可以被用來創建一種時間機器。這將違反因果規律。

可行性：幾乎肯定不可能。

多維空間技術

通常能夠看到的宇宙空間是三維的。德國物理學家布克哈德•海姆提出，如果宇宙存在更多的空間維度，飛船則可以穿行其中，實現極端速度。不過布克哈德•海姆的這一想法在很大程度上是不可理解的，也從來沒有得到過同行們的認可。

可行性：難以理解。

來源：《自然與科技》雜志作者：李有觀（作者為自由撰稿人）