科學家表示太陽帆僅需20年即可到達最近的恆星

來自世界各地的航太機構和大學的研究人員正在進行一個雄心勃勃的項目，該項目有望徹底改變太空探索。配備超輕太陽帆的太空船可以在短短 20 年內到達距離地球最近的恆星比鄰星。不久前看起來還像科幻小說的東西現在正在變成有形的技術現實，國際團隊致力於在未來二十年將這種可能性變成可行的任務。

太陽帆推進器的工作原理

太陽帆推進技術利用光子能量以革命性的方式推動船隻穿越太空。與燃燒燃料的傳統火箭不同，該系統不依賴機載能量儲備，接收來自集中雷射或直接太陽輻射的連續脈衝。儘管它非常輕，但帆在旅途中實現了持續加速，允許漸進速度達到光速的 10% 到 20%。

NASA 和噴射推進實驗室 (JPL) 等航太機構開發了由複合材料製成的超輕帆原型。厚度僅為幾微米，使得微米級精度的反射鏡能夠以非凡的效率捕捉陽光和雷射。計算表明，僅重幾公斤的太空船在地球集中雷射驅動下，可以在二十年內達到 4.37 光年的速度。

比鄰星是這次任務的主要目標

比鄰星距地球 4.24 光年，相當於約 40 兆公里。人類發射的最快探測器航海家號需要 73,000 年才能走完這一距離。具有相對論性速度的太陽帆將為星際探索提供完全不同的機會。

最近的研究表明，比鄰星至少有三顆系外行星繞著這顆恆星運行。其中之一，比鄰星d，可能位於宜居帶，那裡的表面可能存在液態水。另一個天體比鄰星 b 於 2016 年被發現，也具有相當大的科學意義。調查這些世界的可能性直接激勵了突破攝星計畫的研究人員，這是一項由科技億萬富翁資助的國際倡議。

• 二十多年長時間加速期間的軌道穩定性。
• 與地球的通信，其訊號需要四年以上的時間才能返回。
• 防止與極速宇宙塵埃的碰撞。
• 雷射精度可讓帆在數千萬公里之外保持對準。
• 科學相機和感測器的小型化，重量僅幾克。

技術障礙仍然很大

創造一種能夠抵抗太瓦雷射加速而不熔化或分解的材料是一項巨大的挑戰。目前的材料在如此集中的輻射下會迅速降解。工程師需要同時解決多個問題才能使專案可行。

科學界認識到關鍵問題仍然需要明確的解決方案。連續加速期間的軌跡穩定性、與數十億公里外的設備通訊、防止相對論速度下的微觀衝擊、保持帆對準的雷射精度以及科學儀器的極端小型化構成了需要不斷創新的挑戰。相機和感光元件的重量需要只有幾克，同時保持強大的科學功能。

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航太機構認識到該計畫的財務可行性

開發這項技術二十年的成本估計在 5,000 萬至 1 億美元之間。中國、俄羅斯等國也進行雷射推進研究。歐洲太空總署將這項技術整合到長期探索計畫中。這項國際承諾表明，多個太空大國認為這項投資是可行的。

航空航太領域的商業公司已經積極參與這場技術競賽。航太機構的工程服務提供者提供專門的解決方案。電子元件的小型化顯著進步，使得輕型機器人具有先進的科學能力。

軌道測試和未來任務時間表

研究人員計劃在未來三年內將超輕帆原型發射到地球軌道進行實驗驗證。強烈的抗輻射測試將在專門實驗室進行。電腦模擬不斷調整加速度和穩定性參數。如果測試如預期進行，大規模投資可能會在 2028 年至 2030 年間獲得批准。

減加速度雷射的實驗任務可能會在 2030 年代開始。這將允許在 2040 年至 2045 年間向比鄰星發射更大的探測器之前進行技術調整。二十年的時間為最終出發前的修正與完善提供了足夠的空間。科學家強調，最後期限並不能保證，而是取決於持續的資金、材料創新和未知問題的解決。將虛構變成現實需要決心和持續的資源，而兩者在這個歷史性時刻開始協調一致。