来自世界各地的航天机构和大学的研究人员正在开展一个雄心勃勃的项目，该项目有望彻底改变太空探索。配备超轻太阳帆的航天器可以在短短 20 年内到达距离地球最近的恒星比邻星。不久前看起来还像科幻小说的东西现在正在变成有形的技术现实，国际团队致力于在未来二十年将这种可能性变成可行的任务。
太阳帆推进器的工作原理
太阳帆推进技术利用光子能量以革命性的方式推动船舶穿越太空。与燃烧燃料的传统火箭不同，该系统不依赖于机载能量储备，接收来自集中激光或直接太阳辐射的连续脉冲。尽管它非常轻，但帆在旅途中实现了持续加速，允许渐进速度达到光速的 10% 到 20%。
NASA 和喷气推进实验室 (JPL) 等航天机构开发了由复合材料制成的超轻帆原型。厚度仅为几微米，使得微米级精度的反射镜能够以非凡的效率捕获阳光和激光。计算表明，仅重几公斤的航天器在地球集中激光驱动下，可以在二十年内达到 4.37 光年的速度。
比邻星是此次任务的主要目标
比邻星距地球 4.24 光年，相当于约 40 万亿公里。人类发射的最快探测器航海者号需要 73,000 年才能走完这一距离。具有相对论速度的太阳帆将为星际探索提供完全不同的机会。
最近的研究表明，比邻星至少有三颗系外行星绕着这颗恒星运行。其中之一，比邻星d，可能位于宜居带，那里的表面可能存在液态水。另一个天体比邻星 b 于 2016 年被发现，也具有相当大的科学意义。调查这些世界的可能性直接激励了突破摄星项目的研究人员，这是一项由科技亿万富翁资助的国际倡议。
- 二十多年长时间加速期间的轨道稳定性。
- 与地球的通信，其信号需要四年多的时间才能返回。
- 防止与极速宇宙尘埃的碰撞。
- 激光精度可让帆在数千万公里之外保持对准。
- 科学相机和传感器的小型化，重量仅为几克。
技术障碍仍然很大
创造一种能够抵抗太瓦激光加速而不熔化或分解的材料是一项巨大的挑战。当前的材料在如此集中的辐射下会迅速降解。工程师需要同时解决多个问题才能使项目可行。
科学界认识到关键问题仍然需要明确的解决方案。连续加速期间的轨迹稳定性、与数十亿公里外的设备通信、防止相对论速度下的微观冲击、保持帆对准的激光精度以及科学仪器的极端小型化构成了需要不断创新的挑战。相机和传感器的重量需要仅为几克，同时保持强大的科学功能。
航天机构认识到该项目的财务可行性
开发这项技术二十年的成本估计在 5000 万至 1 亿美元之间。中国、俄罗斯等国家也开展激光推进研究。欧洲航天局将这项技术整合到长期探索计划中。这一国际承诺表明，多个太空大国认为这项投资是可行的。
航空航天领域的商业公司已经积极参与这场技术竞赛。航天机构的工程服务提供商提供专门的解决方案。电子元件的小型化显着进步，使得轻型机器人具有先进的科学能力。
轨道测试和未来任务时间表
研究人员计划在未来三年内将超轻帆原型发射到地球轨道进行实验验证。强烈的抗辐射测试将在专门实验室进行。计算机模拟不断调整加速度和稳定性参数。如果测试按预期进行，大规模投资可能会在 2028 年至 2030 年间获得批准。
减加速度激光器的实验任务可能会在 2030 年代开始。这将允许在 2040 年至 2045 年间向比邻星发射更大的探测器之前进行技术调整。二十年的时间为最终出发前的修正和完善提供了足够的空间。科学家强调，最后期限并不能得到保证，而是取决于持续的资金、材料创新和未知问题的解决。将虚构变为现实需要决心和持续的资源，而两者在这个历史性时刻开始协调一致。