在 2016 年，理論物理學(xué)家霍金曾與以色列裔俄國(guó)資本家，億萬(wàn)富翁 Yuri Milner 共同開(kāi)啟了一項(xiàng)名為 “突破攝星”的太陽(yáng)系外航行技術(shù)開(kāi)發(fā)和實(shí)踐計(jì)劃。該計(jì)劃擁有資金1億美元，潛在的航行目標(biāo)有包括比鄰星（距地球約 4 光年）在內(nèi)的存在類地行星的星系。

我們知道，星際航行的主要問(wèn)題是時(shí)間，旅行者一號(hào)用了 39 年才飛到太陽(yáng)系邊緣，而靠我們目前的技術(shù)，連去火星最短都要花費(fèi)大半年（約 150 到 300 天，取決于任務(wù)的實(shí)際軌道規(guī)劃），可以說(shuō)是完全不具備有效的星際航行能力。

近日，哥倫比亞大學(xué)的天文學(xué)家 David Kipping 發(fā)表了一篇論文，提出采用光帆設(shè)計(jì)的航天器在理論上可借黑洞來(lái)實(shí)現(xiàn)接近光速的航行速度。在論文中，Kipping 使用了一個(gè)雙黑洞系統(tǒng)模型，借助在雙黑洞系統(tǒng)內(nèi)基于光帆技術(shù)的動(dòng)能傳遞，來(lái)實(shí)現(xiàn)航天器的進(jìn)階加減速。

光帆技術(shù)

光帆技術(shù)與太陽(yáng)帆技術(shù)（Solar Sailing）的設(shè)計(jì)原理相同，都是借光子打在航天器所搭載的反光板上時(shí)所施加的輻射壓（radiation pressure），來(lái)為航天器提供動(dòng)力。采用太陽(yáng)帆技術(shù)的航天器以太陽(yáng)所射出的光子為動(dòng)力源，而采用光帆技術(shù)的航天器在設(shè)計(jì)上則會(huì)自帶一個(gè)激光發(fā)射源以在太陽(yáng)系外持續(xù)航行。

一般來(lái)說(shuō)，采用光帆技術(shù)和太陽(yáng)帆技術(shù)的航天器只需由運(yùn)載火箭發(fā)射升空，在進(jìn)入預(yù)定軌道并展開(kāi)“帆布”后，便可在不使用化學(xué)燃料的情況下通過(guò)改變“帆”的朝向來(lái)實(shí)現(xiàn)加減速和轉(zhuǎn)向。這對(duì)遠(yuǎn)距離任務(wù)來(lái)說(shuō)十分重要，如此一來(lái)，航天器可以在載重中除去其所需攜帶的大部分燃料。

理論上來(lái)說(shuō)，此類航天器在經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的加速時(shí)間后，都可在太陽(yáng)系內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過(guò)化學(xué)燃料推進(jìn)器所能帶來(lái)的最大速度;而光帆技術(shù)更是可能在太陽(yáng)系外航行的過(guò)程中，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)加速達(dá)到約五分之一的光速。

雙洞系統(tǒng)

雖然光帆技術(shù)在理論上已能使航天器加速至接近光速的速度，但實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想所需的航天器載激光發(fā)射源的開(kāi)發(fā)才剛剛起步，即使真的有適用設(shè)計(jì)也會(huì)十分昂貴。而 Kipping 所提出的構(gòu)想恰巧能解決這一問(wèn)題。

Kipping 的構(gòu)想是借雙洞系統(tǒng)中的移動(dòng)黑洞引力場(chǎng)來(lái)為由激光發(fā)射器所發(fā)射的光子加速。具體來(lái)說(shuō)，由于光子具有可測(cè)的靜止質(zhì)量，我們便可通過(guò)將光子朝黑洞附近的預(yù)定軌道發(fā)射，使光子在借黑洞引力場(chǎng)繞軌道加速“一周”后再打到航天器的“光帆”上，由此讓航天器獲得比激光發(fā)射器功率大得多的光子加速效果，借雙黑洞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效率的大幅加減速。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，該構(gòu)想在概念上其實(shí)就是目前火星計(jì)劃中的航天器借月球軌道進(jìn)行加速再飛往火星的翻版，只不過(guò)這里加速的對(duì)象由大型航天器變?yōu)榱嗽谟?jì)算上尤其需要用相對(duì)論進(jìn)行處理的光子（因?yàn)楣庾铀俣瓤烨屹|(zhì)量小）。

Kipping 指出，盡管銀河系內(nèi)有約 100 億個(gè)雙黑洞系統(tǒng)，并不是雙黑洞系統(tǒng)都有能在理論上被用作飛船加減速的合適光子加速軌道，但根據(jù)借雙黑洞系統(tǒng)為航天器進(jìn)行大幅加速的設(shè)想在計(jì)算上的確可行，因此，雖然實(shí)際的光帆航天器目前在設(shè)計(jì)上還處于起步階段，但光帆技術(shù)無(wú)疑已經(jīng)成為了一種在理論上可行且可持續(xù)的長(zhǎng)途星際航行方式。

（摘自美《深科技》）（編輯/小文）