“突破摄星”计划

张雪松

2016年4月12日，英国物理学家斯蒂芬-霍金同俄罗斯商人尤·米尔纳联合宣布启动“突破摄星”计划。该计划的目标是研发出一种激光帆探测器，利用激光器将其加速到五分之一光速，用20年左右的时间飞到距离地球4.37光年的半人马座阿尔法星。

疯狂的“突破摄星”计划

“突破摄星”计划是人类历史上前所未有的一项深空探测计划。目前距离我们最远的探测器是美国发射的“旅行者一号”，它已经飞行到距离地球300亿千米外的地方，而半人马座阿尔法星距离地球有4.37光年，大约41.3万亿千米。“突破摄星”计划的疯狂程度由此可见一斑。

“突破摄星”计划的核心是激光帆探测器，其质量仅有几克，包括微型芯片和激光帆两部分。这种微型芯片与常规的计算机芯片大小相当，它虽然袖珍，却包含了导航制导系统、遥测通信系统和拍摄设备等；激光帆的尺寸只有4米×4米，厚度仅几十纳米，它虽然轻薄，但动力推进效果不容小觑。

这个超轻量级探测器将要探测的目的地——半人马座阿尔法星，并非无人问津的蛮荒之地，那里有距离我们最近的恒星比邻星（半人马座阿尔法C星），极有可能存在发达的宇宙文明，因此，它一向是科幻小说中的热门话题。我们熟悉的科幻大片《阿凡达》中的潘多拉星球，就位于半人马座阿尔法星系统，而科幻小说《三体》同样讲述了来自半人马座阿尔法星的三体星人“入侵”地球的故事。如果半人马座阿尔法星系统的宜居地带存在地球大小的行星的话，激光帆探测器将在距离它们一天文单位的地方掠过，同时拍摄行星的地形特征，这也正是“摄星”这个名字的由来。

核心技术

“突破摄星”计划看起来复杂，但核心其实就是以下两点：一是理论上更先进的空间推进系统；二是探测器的微型化、轻量化。

激光帆

空间推进技术的飞速发展是推进“突破摄星”计划得以出现的根本原因。常规的空间推进技术包括化学火箭和电火箭：我们常见的运载火箭、飞船和探测器使用的都是化学火箭，这项技术非常成熟，“旅行者一号”正是依靠化学火箭飞到300亿千米之外，但它基本已经发展到理论极限，性能很难再进一步提高；电火箭可以把探测器加速到更高的速度，但理论上也就是比化学火箭提高10倍左右。因此，两种推进技术对遥远的半人马座阿尔法星都只能鞭长莫及。

太阳光是有压力的，尽管光压强度大约只有微弱的5×10^-6帕，一平方米面积上只有5×1 0^-6。牛的压力，但在高度真空的太空中，光压的威力就显示出来了。从理论上说，虽然太阳帆的加速很慢，但却可以长期持续加速，最终达到前所未有的高速，远超现有的化学火箭和电火箭。目前，日本的航空研究开发机构和NASA已分别成功发射了“伊卡诺斯号”太阳帆和“纳米帆-D”太阳帆。

光压随着与太阳距离的增加会快速减小，这就要求将太阳帆发射到离太阳轨道极为接近的轨道上进行加速，从而限制了经太阳帆加速的探测器的深空探测范围。针对太阳帆的弱点，人们提出了激光帆的概念。激光帆使用高能的激光代替太阳光，这样就可以使探测器获得更大的加速度和更长的加速距离。太阳帆技术的发展、实际轨道飞行试验的成功、激光技术的快速进步，这些都让激光帆的概念逐渐从设想走向现实。

“突破摄星”正是打算以激光帆這种有望在不远的将来成为现实的先进技术设备，向半人马座阿尔法星这座“堡垒”进军！

超轻量级探测器

航天和电子技术的进步，使卫星体积和重量越来越小，功能却越来越强。我国“长征六号”火箭去年首次发射的卫星中就包括一颗几百克的卫星。现阶段，微卫星和纳卫星正方兴未艾，甚至还有人别出心裁地想出了“手机卫星”的主意，即将一部手机改装成试验卫星。按照“突破摄星”计划的设想，超轻量级探测器虽然只是一块几厘米大小的芯片，但却要集成从导航制导到拍摄通信等众多功能，其中所要攻克的技术难度甚至比现在最“激进”的“手机卫星”更高。

影片《阿凡达》中巨大的ISV飞船使用的就是激光帆。尽管在科幻影片中，人类可以大胆畅想，但要考虑实际的话，在可预见的未来，我们只能设想对“突破摄星”计划中几克级别的探测器进行加速。尽管可以满足基本的导航、通信和拍摄功能，但超轻量级探测器并不是一个多面手，它只能简单地拍摄和回传信息。此外，即使是采用了最先进的激光帆，我们也只能将重量仅几克的超轻量级探测器加速到五分之一光速。

尽管“突破摄星”计划的未来还是一个未知数，但作为兼顾人类想象力和工程能力的创举，不管它能不能达到拍摄半人马座阿尔法星系统类地行星的目标，只要能利用激光帆使得超轻量级探测器抵达遥远宇宙深处进行探索，这便是空前的伟绩。