星際間的距離讓人絕望，以我們現(xiàn)在的飛船速度，到最鄰近的恒星也要耗時12萬年。有沒有快速穿梭時空的捷徑呢？

歡迎大家來到星際旅行研究中心！

諸位都知道，1961年，前蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林成為到達外層空間的第一個人；8年之后，美國人阿姆斯特朗在月球邁出了自己的一小步，人類的一大步。但從那時以后，人類的腳步再也沒能走的比月球更遠了。現(xiàn)在，星際旅行研究中心肩負起了讓人類飛往宇宙深處的光榮使命，正致力于研制先進的載人宇宙飛船。

為什么半個世紀過去了，人類沒能在太空探索中再邁進一步呢？除了財政預算削減和政治意愿減弱外，我們沒能到宇宙更深處去的主要障礙是——糟糕的技術！目前發(fā)射和驅動飛船所使用的化學燃料火箭無法滿足我們太空旅行的遠距離要求。雖然美國已經把火星探測器發(fā)射到了火星，但是它們從地球到火星，在路上都要花費幾個月甚至幾年的時間。

請注意：地球與火星的距離只是太陽系中兩顆鄰近行星之間的距離，用這種火箭去訪問其他的星系？算了吧。阿波羅10號月球探測器是迄今為止速度最快的載人飛行器，最大速度達到了每小時39895千米。以這個速度飛行，要到達距離太陽系最近的4光年之外的恒星星系——半人馬座阿爾法星，需要12萬年的旅程。

因此，如果我們想要到太空深處旅行，比如去半人馬座阿爾法星或更遠的地方，我們就必須采用更高級的技術。現(xiàn)在，請允許我來給大家介紹10種超現(xiàn)實的航天技術，它們將幫助我們實現(xiàn)在宇宙中自由遨游的夢想。而且，我們還將對這些技術的可行性做出點評。

首先登場的是目前已經逐漸成熟的技術——離子推進器。傳統(tǒng)的火箭依靠向后高速噴出氣體而獲得向前的推力，這是作用力與反作用力的原理。離子推進器使用了相同的物理學原理，但它不是噴出熾熱的氣體，而是噴射一束帶電粒子或者離子，獲得反作用力向前飛去。

離子推進器給火箭提供的推力其實很弱，但它要獲得相同的推力，所使用的燃料卻要比普通的燃料火箭少得多，而且還可以非常穩(wěn)定地工作很長時間。一開始，離子推進器火箭就像烏龜爬，但是最終，它的速度會超過傳統(tǒng)火箭這只“兔子”（具體見我刊2010年11期《乘烏龜火箭觀光太空》一文）。

如今，離子推進器已經開始裝備在航天器上，比如日本的隼鳥號探測器和歐洲的SMART－1探月器，而且這種技術還在不斷完善中。比如有一種特別有前途的新式離子推進器，它的工作原理和其他的離子推進器略有不同，它是用一個強的電場來加速離子的。這種推進器能夠讓離子以固定的頻率盤旋，然后推進器把自身無線電信號發(fā)射器的頻率調整到和離子一致，于是向離子注入了更多的能量，甚至可以把離子加熱到100萬度，當離子被噴出時，產生的推力大大增加了。

經過計算，這種新式的離子推進器可以讓火箭在39天內從地球到達火星，算是有點兒進步吧。

技術可行性：已經出現(xiàn)，再過幾年就可以實現(xiàn)。

離子推進器適合慢性子的星際旅客，對于急性子的旅客，下面這款一定會令他們滿意的，它就是核脈沖推進器。

核脈沖推進器是通過周期性地向后扔出一顆爆炸的核彈的方式，提供給飛船足夠的推力。這個聽上去很恐怖的技術其實很早就有人研究了。在上世紀50年代末，美國就啟動了研究核動力飛船的獵戶座計劃，目的是設計出一種能夠星際旅行的高速飛船。當時的設計在現(xiàn)在看來過于簡陋了，核脈沖推進器設計得很龐大，里面將放置一個巨大的減震器，附帶還有重型的輻射屏蔽裝置，以保障乘客的健康。

這種令人生畏的推進器從原理看是沒有問題的，獵戶座計劃的設計圖是可以利用現(xiàn)有的技術實現(xiàn)的。但是如果我們在地球上發(fā)射它，在它穿越大氣層的過程中，我們不得不忍受幾顆爆炸核彈帶來的沖擊波和輻射。從理論上講，核動力飛船的速度最高可達光速的10％，可以讓我們在40年內到達距離太陽系最近的恒星，也就是說，我們可以在一代人的壽命期內到達太陽系外的星系。單看旅行時間，這是個不錯的主意。

技術可行性：完全可行，只是有一點點危險，也許還不止一點點。

如果不斷地向后扔核彈讓你心存畏懼，那么我們建議您選擇下面這一款——聚變火箭。雖然它也是利用核動力推進的，但在安全性上會好一些。

核動力火箭的設想早已有之，利用核反應堆產生的能量提供火箭推力，但是過去的設想和如今設計的聚變火箭相比，推力要差許多。

核聚變是把不同的原子核結合到一起，從而產生巨大能量的物理過程。大多數(shù)聚變反應堆的設計都通過磁場來控制核燃料，這種叫做“托卡馬克”的設備是一種控制核聚變的環(huán)形容器，它能夠保證反應堆安全運行，旅客不必擔心反應堆失控。

可惜的是，托卡馬克設備極為沉重，所以研究人員正在考慮用另一種觸發(fā)聚變的方式來控制反應堆，比如利用高能激光控制核燃料顆粒，讓其發(fā)生微型爆炸，再利用磁場把產生的熱等離子氣體噴向飛船的后方，獲得推動力。

在上世紀70年代，英國曾啟動了一個代達羅斯計劃，對這種類型的火箭進行了研究。他們的目標是制造一個聚變火箭飛行器，能夠在50年內到達另一顆恒星處。美中不足的是，盡管研究工作已經開展了幾十年，研究人員也沒有讓一個這種核聚變反應堆實現(xiàn)正常運轉。

技術可行性：有可能，但也許要再等幾十年。

我得坦白地告訴諸位，前面包括聚變火箭在內的所有火箭，都有一個根本性的難題：為了獲得更多的加速度，就必須攜帶更多的燃料；更多的燃料讓飛船更重了，于是加速度無法提高。

如果要進行漫長的星際旅行，最好的方案是不帶任何燃料上路。我說這句話的時候，沒有發(fā)高燒，而物理學家羅伯特·巴薩德同樣也沒有發(fā)高燒。1960年，他提出了巴薩德沖壓發(fā)動機的設想，巧妙地解決了燃料問題。雖然他設計的發(fā)動機看起來和前面的聚變火箭的發(fā)動機很相似，但卻并不攜帶核燃料，而是電離周圍空間存在的氫，然后通過一種巨大的“電磁場鏟子”，把捕獲的氫放入核反應堆中使用，推動火箭前進。真是一個絕妙的主意！

可惜，沖壓發(fā)動機也存在一個難題，除了需要攜帶能夠工作的聚變反應堆外，它還需要一個龐大的電磁場。道理很簡單，星際空間中單位體積內氫的含量是非常非常低的，而且其他物質的密度更低，所以為了推動一艘很小的飛船，發(fā)動機也要配備直徑達數(shù)百甚至數(shù)千千米空間的超大磁場。

還好我們可以“作弊”，事先仔細計算好飛船將要經過的太空軌道，把沖壓發(fā)動機的燃料先從地球發(fā)射到太空中的軌道位置，等到飛船升空后，在太空中采集這些燃料，于是就不需要使用巨大的電磁場了。不過如果我們這么干，沖壓發(fā)動機推動的火箭就不能想去哪里就去哪里了，必須根據(jù)事先預定的軌道運動。而且更糟糕的是，即使我們通過這種作弊的方式讓飛船抵達了外星球，它返航時的燃料怎么辦呢？

技術可行性：存在巨大的技術挑戰(zhàn)，回程票不好買。

諸位不要沮喪，也不是所有的未來技術的可行性都這么差，比如太陽帆就是可行性很好的星際旅行技術。

正如傳統(tǒng)的船帆借助了地表風的力量，太陽帆則借助了太陽光能量流的力量。太陽帆不需要額外攜帶燃料，僅利用太陽光對帆的光壓，就可以達到很高的速度，雖然它花費的時間也會很長。

太陽帆已經在地球的實驗室條件下獲得了成功，但是試圖在軌道上測試太陽帆的行動卻屢屢受挫。例如2005年，世界行星協(xié)會發(fā)射了“宇宙一號”飛行器，以太陽帆作為太空動力，但是火箭在把它帶入太空時失敗并墜毀了；第二次嘗試發(fā)射太陽帆飛行器時也因為火箭故障而失敗。

盡管如此，太陽帆仍然是非常被人看好的技術，至少在太陽系內部的旅行上是可行的，因為太陽光可以提供很強的推力。但是人類若使用太陽帆來推動飛船做星際旅行，光壓的推力還是有些力不從心。

技術可行性：完全可行，但潛力有限。

既然嫌太陽帆的推力不夠，我們不妨試試一款太陽帆的變種——磁帆。

磁帆是利用太陽風來推動飛船的，而不是太陽光。太陽風是一種帶電粒子，具有自己的磁場。研究人員設想，用一個磁場把飛船包圍，讓這個磁場和太陽風相互排斥，從而推動飛船離開太陽系。制造磁場其實不難，只要先制造一個由離子和電子混合而成的等離子體，然后讓它像氣球一樣膨脹，就可以制造出包裹飛船的磁場。

磁帆這種技術比太陽帆的推力更強，還可以讓飛船在行星周圍的磁場里沖浪，通過磁場的相互作用改變軌道，甚至逃逸到星際空間中去，實現(xiàn)星際旅行的夢想。

然而完全依靠太陽帆和磁帆做星際旅行，并不是一個好主意。在太陽系中，距離太陽越遠，太陽光和太陽風的強度就越弱，而且強度的衰減非常快。所以我們不能指望著撐起一張帆就實現(xiàn)去別的恒星觀光的計劃。

技術可行性：可行，但只適合本地游，即在太陽系內旅行。

既然太陽無法提供給飛船足夠的能量，我們是否可以憑借自己的力量，推動一艘星際飛船實現(xiàn)高速飛行呢？比如說，把一束具有足夠能量的強光照向在太空中穿梭的飛船。

這個光束動力推進器的設想很有創(chuàng)意，激光燒蝕就是這樣的一種技術：從地面發(fā)出強度很大的激光，照射到飛船的一塊金屬板上，高溫讓金屬逐漸地汽化，產生的金屬蒸氣提供給飛船推力。另一種類似的技術是，用一種特殊配方的涂料來覆蓋太陽帆，把經過改裝的太陽帆裝備在飛船上。然后從地球發(fā)出微波光束，照射到太陽帆，讓涂料分子蒸發(fā)，產生推力。

未來的星際旅行，很可能會采用激光推動的光帆，或者用離子束推動的磁帆來實現(xiàn)。幾種設想組合在一起，就能取長補短，讓飛船高速而經濟地飛出太陽系。

當然，光束動力推進器也面臨著幾個技術難點，比如光束必須能保證在很遠的距離外精確地對準飛船；飛船要盡量吸收光束所有的能量，不能讓能量散逸掉；光束發(fā)射裝置必須非常強大，這就要求地面上對裝置的能量供給將是天文數(shù)字。

技術可行性：巨大的挑戰(zhàn)與巨大的希望并存。

宇宙總是會帶給我們驚奇，而科技的發(fā)展總是超出我們的想像。也許一百年后，前面所說的這些技術，我們的后代根本看不上眼。他們會有更加夢幻般的星際航行利器，比如說——曲速發(fā)動機。

所謂曲速發(fā)動機，就是利用讓時空彎曲的技術實現(xiàn)超光速飛行的設備，這基本上是科幻電影《星際迷航》中的技術。在1994年，英國物理學家米格爾·阿爾庫別雷首次提出了這種概念的發(fā)動機。它將使用至今還沒有被發(fā)現(xiàn)的宇宙物質——“奇異物質”，這些粒子具有負質量，可以產生負壓力，或者說是拉力。奇異物質能夠扭曲時空，使飛船前方的空間被壓縮，而飛船后面的空間被拉伸，于是飛船好像被包裹在空間扭曲的“泡泡”中。在曲速泡泡中飛船能夠以超過光速的速度飛行，卻并不違反相對論的原理。星系與星系之間的遙遠距離在這種發(fā)動機面前，不過是一道溝渠的寬度而已。

站在目前技術的角度看，這種夢幻般的發(fā)動機還存在許多技術難題。比如，維持曲速泡泡的能量可能會大到難以想像，即使對泡泡的形狀進行調整，所需的能量依然不是今天的地球人能承受的。曲速發(fā)動機在扭曲時空時，會產生大量的輻射，將會威脅宇航員的生命。更糟糕的是，目前還沒有確切的證據(jù)表明，那種古怪的奇異物質確實躲在宇宙深處。2002年，科學家經過理論計算后認為，這種飛船向泡泡的前方發(fā)出信號是不可能的，這意味著宇航員根本不能控制和駕駛泡泡加速或減速，因此這樣的飛船不造也罷。

在物理學上，制造這樣的泡泡還是天方夜譚。但如果宇宙真給我們奉獻出奇異物質，我們的后代又解決了技術難題，星際旅行就將成為現(xiàn)實。

技術可行性：目前顯然不可能，但未來……

自從愛因斯坦的廣義相對論被廣泛接受，人們開始承認，蟲洞可能真的存在于宇宙中。這些管子似的快速通道穿越了時空，把宇宙相隔甚遠的地區(qū)連通了起來。現(xiàn)在我們要問的問題是，這些洞真的存在嗎？如果它們確實存在，我們能否通過它們穿越時空呢？

就目前的理論看，這兩個問題的答案都是令人沮喪的。蟲洞若要存在，就需要類似前面談到的奇異物質的東西來維持它的穩(wěn)定，而宇宙中也許并不存在奇異物質。此外，任何進入了一個蟲洞的物質或能量將立即導致蟲洞關閉。

難道在科幻小說中大行其道的蟲洞這么不堪一用嗎？

幸好，理論上宇宙中還存在一種奇怪的負能量場，這種被稱為幽靈輻射的東西可以讓蟲洞始終保持開放狀態(tài)。而且在20世紀90年代，俄羅斯物理學家謝爾蓋·克拉斯尼科夫提出了一種不同類型的蟲洞，它能夠自行產生維持其開放的奇異物質，于是即使我們在蟲洞來往穿梭，也不必擔心蟲洞會突然關閉。

由于我們還沒有發(fā)現(xiàn)蟲洞，因此還談不上蟲洞有什么技術問題，它首先面對的是一個理論難題：如果蟲洞能夠讓物質穿越時空到達宇宙的另一個角落，那么它也可以用于制造出一種時間機器，讓我們回到過去或進入未來，這將違反因果律，即先出現(xiàn)原因后產生結果的宇宙基本規(guī)律。

技術可行性：先發(fā)現(xiàn)蟲洞再說吧。

如果宇宙空間不僅是三維的長、寬、高，還有其他的維度，比如四維空間、五維空間，也許我們可以駕駛飛船經過高維空間的中轉，以極快的速度到達宇宙的另一邊。

比如說對于一個二維空間的球面，從球面的北極到南極，要走過一個半圓的長度，但在三維空間中的我們看來，直接穿過球的球心連線，球面上北極和南極的距離只是一個直徑的長度。所以二維空間中兩個地點的距離，在三維空間中可能離的很近。我們三維空間的距離在更高維的空間中也會很近。

這是目前我們能夠設想的最快速的星際旅行方式，它已經遠遠超出我們現(xiàn)在時空的技術了，而且是否存在高維空間，也還是不確定的事情。讓我們拭目以待吧。

技術可行性：未知，已超出我們三維腦袋的思維能力。

以上這些航天技術中，有一些只要我們愿意，就可以在明天制造出相應的設備，部分地滿足我們太空旅行的愿望；而另一些在目前根本實現(xiàn)不了，它們是屬于未來的技術，讓我們一起期待吧。