美國宇航局選擇了一個瘋狂的計劃，用數(shù)千個微小的探測器“蜂擁而至”比鄰星

幾代人以來，人類一直夢想著前往其他恒星系統(tǒng)并踏上外星世界。委婉地說，星際探索是一項非常艱巨的任務。

正如《今日宇宙》在以前的文章，航天器需要19,000到81,000年才能使用常規(guī)推進（或使用當前技術可行的推進）到達比鄰星。最重要的是，在星際介質（ISM）中旅行時存在許多風險，但并非所有風險都得到了很好的理解。

在這種情況下，依靠定向能量推進（AKA激光）的克級航天器似乎是本世紀到達鄰近恒星的唯一可行選擇。

建議的概念包括蜂擁而至的比鄰星，兩者之間的協(xié)作努力太空倡議公司和星際研究倡議（i4is）由太空計劃首席科學家領導馬歇爾·尤班克斯.該概念最近被選為第一階段開發(fā)作為今年的一部分美國宇航局創(chuàng)新先進概念（NIAC）計劃。

根據(jù)尤班克斯的說法，穿越星際空間是一個距離、能量和速度的問題。在距離太陽系4.25光年（40萬億公里;25萬億英里）的地方，即使是比鄰星也遠得不可思議。

從這個角度來看，航天器有史以來最遠距離的記錄是旅行者1號太空探測器，目前距離地球超過240億公里（150億英里）。使用傳統(tǒng)方法，探測器的最高速度為61,500公里/小時（38,215英里/小時），并且已經(jīng)連續(xù)行駛了46年以上。

簡而言之，以低于相對論速度（光速的一小部分）的速度旅行將使星際凌日變得非常漫長且完全不切實際?？紤]到這需要的能量需求，除了最大質量為幾克的小型航天器之外，其他任何東西都是可行的。正如尤班克斯通過電子郵件告訴《今日宇宙》的那樣：

“當然，火箭是一種常見的快速方式?；鸺墓ぷ髟硎菍ⅰ皷|西”（通常是熱氣體）從后面扔出去，東西向后移動的動量等于車輛向前方向的速度增加的動量?；鸺谋举|是，只有當東西向后移動的速度與你想要獲得的速度相當時，它才真正有效。如果不是，如果它非常小，你就無法攜帶足夠的東西來獲得你想要的速度。

“問題在于，我們沒有技術 - 沒有能源 - 使我們能夠以60,000公里/秒的速度拋出很多東西，因此火箭將無法工作。反物質可以想象，這可能使這一點成為可能，但我們只是對反物質的了解不夠好 - 并且無法使它成為解決方案，可能在未來幾十年內。

相比之下，像Breakthrough Starshot和Proxima Swarm這樣的概念包括“反轉火箭”——也就是說，不是扔東西，而是向航天器扔東西。光帆的能量來源不是構成大多數(shù)傳統(tǒng)火箭的重型推進劑，而是照片（沒有質量并以光速移動）。

但正如尤班克斯所指出的那樣，這并不能克服能源問題，這使得航天器盡可能小變得更加重要。

“因此，從激光帆上反射光子解決了速度問題，”他說。

“但問題是，光子中沒有太多的動量，所以我們需要一個很多其中。考慮到我們可能擁有的功率，即使從現(xiàn)在起幾十年后，推力也會很弱，所以探測器的質量需要非常小——克，而不是噸。

他們的提議要求一個100吉瓦（GW）的激光束器，用激光帆將數(shù)千個克級太空探測器提升到相對論速度（~10-20%的光）。他們還提出了一系列面積為平方公里（0.386 英里）的地面光桶²）的直徑，以便在探測器到達比鄰星的途中捕捉到來自探測器的光信號（通信變得更加困難）。

根據(jù)他們的估計，這個任務概念可能在本世紀中葉左右準備好開發(fā)，并可能到達比鄰星及其類似地球的系外行星（比鄰星 b）到本世紀第三季度（2075年或之后）。

在一個以前的論文，尤班克斯和他的同事們展示了一支由一千艘航天器組成的艦隊如何克服星際旅行帶來的困難，并通過群體動力學保持與地球的通信。

“通過將收集區(qū)域提高到可行的 1 公里²并且讓許多探頭協(xié)調它們的發(fā)送，我們可以獲得合理的（如果更?。┍忍芈剩八a充道。

然而，星際距離和廣義相對論使得無法從地球遠程控制探測器。

因此，在導航（協(xié)調一千個探測器）和決定將哪些數(shù)據(jù)返回地球時，蜂群必須具有非凡的自主性。雖然這些策略解決了距離、能量和速度問題（至少目前是這樣），但仍然存在創(chuàng)建群體和相關基礎設施的成本問題。

最大的一筆開支將是激光陣列本身，而克級飛行器的生產(chǎn)成本相當?shù)?。正如尤班克斯告訴《今日宇宙》的那樣以前的文章，他們的提案可以在1000億美元的預算下制定。

但正如尤班克斯（當時和現(xiàn)在）所強調的那樣，他們所設想的任務架構的好處是巨大的，向比鄰星發(fā)送大量探測器的回報將是天文數(shù)字：

“一個簡單的事實是，激光推進的星際任務的成本，使用輕型探測器和巨大的激光系統(tǒng)將它們推向恒星，將由資本成本主導 - 激光系統(tǒng)的成本。

“相比之下，探針本身將非常便宜。所以，如果你能發(fā)送一個，你應該發(fā)送很多。顯然，發(fā)送大量探測器會帶來冗余的優(yōu)勢。

“太空旅行是有風險的，星際旅行可能特別危險，所以如果我們發(fā)送大量探測器，我們可以容忍高損失率。但我們可以做得更多。

“我們想尋找生物學甚至技術的跡象，因此最好讓探測器離地球很近，以獲得表面和大氣的良好照片和光譜。

“對于一個探測器來說，這將是艱難的，因為我們不太清楚未來24年地球會在哪里。通過發(fā)送一堆探測器，至少應該有一些探測器靠近地球，為我們提供我們想要的特寫視圖。

除此之外，尤班克斯和他的同事們希望，開發(fā)一個連貫的機器人探測器群將在離家更近的地方得到應用。群體機器人是當今的一個熱門研究領域，并且正在研究作為一種可能的手段探索歐羅巴的內海,在火星上挖掘地下城市,裝配太空中的大型結構，并提供從地球軌道跟蹤極端天氣。

除了太空探索和地球觀測，群體機器人技術還可用于藥、增材制造、環(huán)境研究,全球定位和導航,搜救等等。

雖然星際任務可能需要幾十年的時間才能準備好前往半人馬座阿爾法星，但尤班克斯和他的同事們很榮幸也很興奮能成為美國宇航局 2024 年 NIAC 計劃的入選者之一。對他們來說，這項研究花了很多年時間，但比以往任何時候都更接近實現(xiàn)。

“已經(jīng)有很長一段時間了——將近十年了——我們很榮幸被選中，”尤班克斯說。“現(xiàn)在真正的工作開始了?！?/p>

本文最初由今日宇宙.閱讀原文。

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