美国宇航局选择了一项疯狂计划，用数千个微型探测器“蜂拥”比邻星

人类世世代代都梦想着前往其他星系并踏上外星世界。说得客气一点，星际探索是一项非常艰巨的任务。

正如《今日宇宙》在上一篇文章，航天器使用传统推进系统（或使用现有技术可行的推进系统）到达比邻星需要 19,000 到 81,000 年的时间。最重要的是，穿越星际介质（ISM）时存在许多风险，但并非所有这些风险都已被充分理解。

在这种情况下，依赖定向能推进（又称激光器）的克级航天器似乎是本世纪到达邻近恒星的唯一可行选择。

提议的概念包括蜂拥而至的半人马座比邻星, 之间的协作努力太空倡议公司和星际研究倡议 (i4is) 由太空计划首席科学家领导马歇尔·尤班克斯。该概念最近被选为一期开发作为今年的一部分 NASA 创新先进概念（NIAC）计划。

尤班克斯认为，星际旅行涉及距离、能量和速度。距离太阳系 4.25 光年（40 万亿公里；25 万亿英里）的距离，即使是比邻星也遥不可及。

客观地说，航天器飞行最远距离的记录是由 航行者一号 太空探测器，目前距离地球超过 240 亿公里（150 亿英里）。使用传统方法，探测器的最高速度达到 61,500 公里/小时（38,215 英里/小时），并且已经连续行驶了 46 年多。

简而言之，以低于相对论速度（光速的一小部分）的速度旅行将使星际穿越变得极其漫长且完全不切实际。考虑到这所需的能量，除了最大质量为几克的小型航天器之外的任何东西都是可行的。正如尤班克斯通过电子邮件告诉《今日宇宙》：

“当然，火箭是一种常见的快速飞行方式。火箭的工作原理是从后面抛出“东西”（通常是热气体），这些东西向后移动的动量等于飞行器向前速度增加的动量。火箭技术的本质是，只有当物体向后运动的速度与你想要获得的前进速度相当时，它才是真正有效的，如果不是，如果它小得多，你就无法携带。足够的东西来获得你的速度想。

“问题是我们没有技术，没有能源，可以让我们以 60,000 公里/秒的速度扔出很多东西，所以火箭无法工作。可以想象，这可能会实现这一点，但我们对反物质的了解还不够深入，而且无法制造出足够接近的反物质，无法使其成为解决方案，可能需要几十年的时间。”

相比之下，像“突破摄星”和“比邻星群”这样的概念包括“反转火箭”——即，不是把东西扔出去，而是把东西扔到航天器上。光帆的能源不是构成大多数传统火箭的重型推进剂，而是光子（没有质量并以光速移动）。

但正如尤班克斯所指出的，这并不能解决能源问题，因此航天器尽可能小变得更加重要。

“从激光帆上弹回光子从而解决了物体的速度问题，”他说。

“但问题是，光子没有太多动量，所以我们需要一个很多其中。考虑到我们可能拥有的功率，即使是几十年后，推力也会很弱，因此探测器的质量需要非常小——克，而不是吨。”

他们的提案要求使用 100 吉瓦 (GW) 的激光发射器，将数千克级的空间探测器与激光帆提升到相对论速度（约光速的 10-20%）。他们还提出了一系列面积为一平方公里（0.386 英里）的地面光桶²）直径，以便在探测器顺利到达半人马座（并且通信变得更加困难）时捕获来自探测器的光信号。

据他们估计，这一任务概念可能在本世纪中叶左右准备好开发，并可能到达比邻星及其类地系外行星（比邻星b）到本世纪第三个四分之一（2075年或之后）。

在一个上一篇论文尤班克斯和他的同事们演示了一支由一千艘航天器组成的舰队如何克服星际旅行带来的困难，并通过群体动力学维持与地球的通信。

“通过将收集区域扩大到可行的 1 公里² 并且让许多探测器协调它们的发送，我们可以获得合理的（如果较小的）比特率，”他补充道。

然而，由于星际距离和通信造成的八年往返滞后使得从地球远程控制探测器变得不可能。

因此，在导航（协调一千个探测器）和决定将哪些数据返回地球时，集群必须拥有非凡程度的自主权。虽然这些策略解决了距离、能量和速度（至少目前如此）的问题，但仍然存在创建集群和相关基础设施需要多少成本的问题。

最大的开支将是激光阵列本身，而克级工艺的生产成本相当低廉。正如尤班克斯在《今日宇宙》中所说上一篇文章，他们的提案可以用 1000 亿美元的预算来制定。

但正如尤班克斯（当时和现在）所强调的那样，他们设想的任务架构的好处是巨大的，向比邻星发送大量探测器的回报将是天文数字：

“一个简单的事实是，激光推进的星际任务，包括轻型探测器和巨大的激光系统将它们推向恒星，其成本将主要由资本成本——激光系统的成本决定。”

“相比之下，探测器本身相当便宜。所以，如果你能发送一个，你应该发送很多。显然，发送大量探测器带来了冗余的优势。”

“太空旅行是有风险的，星际旅行可能尤其有风险，所以如果我们发送大量探测器，我们可以容忍高丢失率。但我们可以做更多的事情。”