如今，多个航天机构正在研究尖端的推进理念，以实现快速运送到太阳系其他天体。
其中包括 NASA 的核热或核电推进（NTP/NEP）概念可以使运输时间在100天（或者甚至45）和一个中国核动力航天器可以探索海王星及其最大的卫星海卫一。
虽然这些和其他想法可以实现星际探索，但超越太阳系却面临着一些重大挑战。
正如我们在上一篇文章中探讨的那样，使用传统推进力的航天器将需要从任何地方19,000 至 81,000 年甚至可以到达最近的恒星比邻星（距离地球 4.25 光年）。为此，工程师们一直在研究无人驾驶航天器的方案，依靠定向能量束（激光）将光帆加速到光速的一小部分。
加州大学洛杉矶分校的研究人员提出的一个新想法设想了梁帆想法的一个转变：颗粒束可以在不到 20 年的时间内将 1 吨重的航天器加速到太阳系边缘的概念。
这个概念的标题是“用于突破性太空探索的球团束推进，”提出者是阿图尔·达沃扬，加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 机械与航空航天工程系助理教授。
该提案是委员会选出的十四项提案之一NASA 创新先进概念(NIAC) 计划作为 2023 年选拔的一部分，该计划总共提供了 175,000 美元的赠款，用于进一步开发技术。达沃扬的提议建立在最近的定向能推进（DEP）和光帆技术研究的基础上，旨在实现太阳引力透镜。
正如达沃扬教授通过电子邮件告诉《今日宇宙》的那样，航天器的问题在于它们仍然受制于宇宙飞船。火箭方程:
“目前所有的航天器和火箭都是通过膨胀燃料来飞行的。燃料扔掉的速度越快，火箭的效率就越高。但是，我们可以携带的燃料量是有限的。因此，航天器的速度可以加速到的速度是有限的。火箭方程的限制意味着诸如太阳引力透镜之类的任务对于当前的航天器来说是不可行的。”
太阳引力透镜（SGL）是一项革命性的提议，它将成为迄今为止最强大的望远镜。例子包括太阳重力透镜，于2020年被选用于NIAC III期开发。
这个概念依赖于以下预测的现象：爱因斯坦的广义相对论被称为引力透镜，其中巨大的物体改变时空的曲率，放大背景中物体的光。这项技术使天文学家能够以更高的分辨率和精度研究遥远的物体。
通过将航天器定位在日球层顶（距太阳约 500 个天文单位），天文学家可以利用直径约 100 公里（62 英里）的主镜分辨率来研究系外行星和遥远天体。面临的挑战是开发一种推进系统，使航天器能够在合理的时间内到达这个距离。
迄今为止，唯一到达星际空间的航天器是旅行者 1 号和旅行者 2 号探测器，它们于 1977 年发射，目前距离太阳分别约为 159 和 132 个天文单位。
当旅行者 1 号探测器离开太阳系时，它以破纪录的速度行进，速度约为 17 公里/秒（38,028 英里/小时），即每年 3.6 个天文单位。尽管如此，这个探测器仍然花了35年才到达太阳的太阳风和星际介质（日球层顶）之间的边界。
以目前的速度，航海家一号需要 40,000 多年才能飞过另一个恒星系统——AC+79 3888，一颗位于小熊座的暗星。出于这个原因，科学家们正在研究定向能（DE）推进器来加速光帆，光帆可能在几十年内到达另一个恒星系统。
正如 Davoyan 教授所解释的，这种方法具有一些明显的优点，但也有其缺点：
“激光航行与传统的航天器和火箭不同，不需要船上的燃料来加速。这里的加速来自激光通过辐射压力推动航天器。原则上，用这种方法可以达到接近光速的速度。然而，激光束在远距离发散，这意味着航天器只能在有限的距离范围内加速，激光航行的这种限制导致需要极高的激光功率，在某些情况下需要达到千兆瓦。建议，太瓦，或对航天器质量施加限制。”
激光束概念的示例包括蜻蜓计划，可行性研究星际研究所(i4is) 的任务可以在一个世纪内到达附近的恒星系统。
然后是 Breakthrough Starshot，它提出了一个 100 吉瓦 (Gw) 的激光阵列，可以加速克级纳米飞行器 (Starchip)。
以 1.61 亿公里（1 亿英里）或光速 20% 的最大速度，Starshot 将能够在大约 20 年内到达半人马座阿尔法星。受这些概念的启发，达沃扬教授和他的同事提出了一个新颖的想法：颗粒束概念。
这个任务概念可以作为快速星际穿越的先驱任务，就像摄星和蜻蜓一样。
但出于他们的目的，达沃扬和他的团队研究了一种颗粒束系统，该系统可以在不到 20 年的时间内将约 900 公斤（1 美吨）的有效载荷推进到 500 个天文单位的距离。达沃扬说：
“在我们的例子中，推动航天器的光束是由微小的颗粒组成的，因此[我们称之为]颗粒束。每个颗粒通过激光烧蚀加速到非常高的速度，然后颗粒携带它们的动量来推动航天器。
与激光束不同，颗粒的发散速度不会那么快，这使我们能够加速更重的航天器。这些颗粒比光子重得多，具有更大的动量，可以向航天器传递更大的力。”
此外，颗粒的小尺寸和低质量意味着它们可以由相对低功率的激光束推动。总体而言，达沃扬和他的同事估计，使用 10 兆瓦 (Mw) 激光束，1 吨重的航天器每年可以加速到约 30 个天文单位的速度。
对于第一阶段的工作，他们将通过不同子系统的详细建模和概念验证实验来证明颗粒束概念的可行性。他们还将探索丸粒束系统在星际任务中的实用性，这些任务可以在我们有生之年探索邻近的恒星。
达沃扬说：“颗粒束旨在通过实现前往遥远目的地的快速运输任务来改变探索深空的方式。” “使用颗粒束，可以在不到一年的时间内到达外行星，大约三年内到达 100 个天文单位，而太阳引力透镜则在大约 15 年内达到 500 个天文单位。重要的是，与其他概念不同，颗粒束可以推动重型航天器（约1吨），这大大增加了可能的任务范围。”
如果实现的话，SGL 航天器将允许天文学家直接拍摄邻近系外行星的图像（如 Proxima b）具有多像素分辨率并从其大气中获取光谱。这些观测结果将提供大气、生物特征、甚至可能是技术特征的直接证据。
这样，让天文学家直接对系外行星成像并对其进行广泛详细研究的技术也将使星际任务能够直接探索它们。
