未来航天动力装置：星际旅行人类能飞多远？

茫茫宇宙，浩瀚星空，大自然中有太多的奥秘牵动着人们的好奇心，催促着人们不停地探索追寻。但时至今日，探测器只不过刚飞离太阳系，载人飞船也仅仅到过月球而已。难道说现有的技术水平还无法实现人类太空寻梦的理想？

500年前，在哥伦布跨越大西洋将新大陆展现给欧洲后，英国、法国、西班牙和葡萄牙的开拓者们毫不犹豫地扬帆西行。今天，若我们在宇宙中能找到新的、适合人类生存的星球，人类探索地外生命的脚步无疑将更加快捷。

目前，美国航空航天局（NASA）正准备实施一项名为“地球行星搜寻者”（TPF）的太空探测计划，拟在今后10年，将一台TPF太空望远镜送入太空，专门寻找宇宙中同地球类似的行星。尽管人类不知像地球一样的行星身在何处，而在像TPF那样先进的仪器所拍摄的照片上，行星也仿佛是笼罩在其附近恒星光芒中的一个十分微弱的光斑。但就是这个微弱的光斑足以让人类了解到行星的质量、温度和物质构成。同时，还可以推断，它是否具有生命的化学标记物，例如含有水蒸气和甲烷的富氧大气。如果我们找到了所期待的、在另外一个行星上极有可能存在着生命的证据，那么人类自然会欣喜若狂，感到在茫茫宇宙中我们也许并不孤独。但是，静静想来，我们走出太阳系，靠的是什么呢？

要知道，离我们人类最近、推测存在着类似地球的恒星系阿尔法人马座（AlphaCentauri）距我们4.4光年，这个距离是人类历史上飞行最远的深空探测器飞行距离的3000倍；而拥有三颗大行星、与太阳系十分相似的巨蝎座55（55Cancri）（恒星）距地球约50光年。因此，我们人类要走出太阳系、走进深空需要速度极快的交通工具，即极速飞行器，它应比我们人类目前制造的航天仪器要先进得多。不过，美国NASA喷气推进器实验室的工程师罗伯特·弗里斯比对此却信心十足。他认为，走进深空并非是可望不可及的事情。

弗里斯比目前正从事先进的推进器概念研究，他的工作和梦想就是要找到完成星际旅行的工具。他认为，他所研究的5种不同的推进技术可能让宇航员在未来花费不足50年的时间飞抵阿尔法人马座恒星系。弗里斯比说，“深空探测不是梦幻。当有人做到时，我们所说得便再也不是幻想。”

飞出太阳系、走进另一个恒星系的计划，耗资将是巨大的，但同时也是伟大的！

1903年，俄国物理学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基发现了星际旅行中的巨大障碍，即火箭的最大速度不可能超过火箭推进器喷口喷出物质速度的两倍。今天的航天飞机在飞行过程中，燃料燃烧后从喷口喷出的速度低于每秒3英里，航天飞机的速度无法突破每秒6英里这个界限。以这样的飞行速度，宇宙飞船需要12万年才能飞抵阿尔法人马座恒星系。因此，一名宇航员要想在自己的有生之年（工作40年）飞抵目的地，飞船的速度必须是现在航天飞机飞行速度的3000倍。

可如何才能达到这么快的速度呢？弗里斯比说，利用核裂变、核聚变和反物质3种工作形式工作的核反应堆作为推进动力，就有望实现这个理想。

科学家们同核裂变打交道已有六十多年的经验。几十年前，他们利用核裂变原理制造了原子弹和可控核反应堆。

美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员在乔治·查普林的领导下，设计出了概念型、可控高速粒子的“裂变碎片”反应堆。该反应堆类似于一大摞“唱片”。“唱片”主体由石墨构成，石墨上有放射性核燃料（如钚和镅）。工作时，“唱片”旋转着进入圆柱形塔，同塔中其他放射性物质接触后迅速发生可控链式裂变反应。附加在“唱片”状反应堆上的强大磁场将反应产生的裂变碎片束缚在一起，以同一方向喷射而出，喷射所产生的巨大的反作用力能把火箭推到极高的速度，即每秒1.8万公里，约为光速的6％。

为使火箭飞行速度达到光速的十分之一，即每秒3万公里，弗里斯比提议把两个裂变火箭叠加起来成为二级核裂变火箭。该火箭第二级将能有效地将火箭（探测飞船）推到光速的12％。这样，人类可经过46年漫长的星际旅行，进入阿尔法人马座恒星系中类似地球的行星的轨道。如果要探测离地球更远的星球，那么宇航员在有生之年根本无法完成漫长的星际旅行。即使可以采用更多级的核裂变火箭来协助飞行，他们也只能仰天长叹。

镅242并非自然界中存在的元素，它是通过用中子轰击钚而获得的放射性同位素。镅242是最理想的可作为核燃料的同位素，因为它只需达到裂变反应临界状态的铀或钚质量的1％，就能开始持续裂变。从传统的放射性燃料如铀235和钚239中不可能得到这样的裂变碎片，因为它们都需要巨大的燃料棒来吸收裂变产物。

为了大大减轻飞船的重量，使其尽可能的小，裂变火箭应该用镅242这样的、能产生可作为推进剂的高能高温裂变产物的核燃料。不过据美国

专家估算，飞向邻近恒星系的旅行需要大约200万吨镅。然而，如果改用铀或钚，那么所需燃料重量会大得更为惊人，这势必将增加探测器的体积和重量，使探测器变得十分庞大而不切实际。

弗里斯比认为，因为核聚变是将原子核结合在一起而不是将原子核分裂，所以该火箭的发动机在获取能量的方式上要比裂变发动机完美得多。聚变反应堆能够减少产生一些不必要的放射，另外聚变堆很容易获得补充燃料。这是因为在月球的表面和木星的大气中存在大量的燃料氘和氚。这意味着，采用利用核聚变火箭作为交通工具可在太阳系内的月球或木星上补充燃料，然后继续星际旅行。

但遗憾的是，科学家经过了数十载的努力，至今仍没有造出一个能正常工作的核聚变反应堆。人类已经知道如何引爆氢弹（氢弹爆炸时发生核聚变反应），但却无法掌握控制技术。美国新泽西国家球形环试验装置（NSTX）和联合欧洲环（JET）等聚变实验平台将氘和氚原子核约束在磁场中，并加热至数百万度，当原子核发生碰撞并结合时有能量释放出来。但是，眼下这类试验所耗能量几乎是其产生能量的两倍。

不过，弗里斯比乐观地认为，聚变技术已不再遥远。一旦科学家掌握了受控核聚变，那么他们将控制反应中产生的带电粒子，并让它们从喷口喷射而出。从核聚变反应堆喷出的粒子能使二级火箭的速度达到光速的12％。核聚变火箭推进的宇宙飞船同采用核裂变火箭推进的星际旅行类似，能很快地飞抵最近的恒星系，但却没有更多潜力可挖。核聚变火箭需要的燃料大约也是200万吨，不过不需要厚厚的防辐射层，这意味着利用这种动力的空间仪器体积要小得多。

阿尔伯特·爱因斯坦著名的能量方程（E＝mc2）表明：物质是能量的一种浓缩形式。裂变和聚变反应仅仅将1％的反应物质转化成了能量。然而事实上，有一种方式能使物质与能量的转化率接近100％，这就是将物质与其镜像“孪生”兄弟———反物质相结合。物理学家让接近光速的基本粒子进行猛烈碰撞后获得了少量的反物质。瑞士CERN高能物理实验室的科学家不久前“捕获”到1百万个反氢原子。应该看到，反物质将是星际旅行火箭的重要燃料。然而，想要获得星际旅行火箭所需的大量反物质，也许是件不可思议的事情。但弗里斯比表示：这是一种相当直接的方式，我们已经拥有了产生反物质所需的磁场、辐射体和粒子束。

在反物质火箭中，一定量的反氢原子和等量的氢原子在燃烧室内混合发生“燃烧”。如果双方各自重量为半磅，那么在结合湮灭时所产生的能量将比10兆吨氢弹释放的能量还要大，伴随能量喷出的还有π介子和μ介子粒子流。采用同裂变火箭类似的方式将粒子束缚起来，让它们从喷嘴喷出，其喷射速度将达到光速的三分之一，这样火箭的最高速度将可达到光速的66％。

两级反物质火箭飞往阿尔法人马座恒星系需要90万吨燃料。在更远距离的星际旅行中，利用四级（两级加速，两级减速）火箭可使反物质火箭显示出自己的优势。据弗里斯比计算，飞往距离地球41光年的巨蝎座55恒星需要3800万吨燃料，耗时130年。而采用裂变火箭，同样的航程则需400年。

星际旅行的最佳方法将是放弃使用推动宇宙飞船飞行的大量燃料。

过去人类发射的水星探测器、完成的阿波罗登月计划和现在使用的航天飞机均暴露了采用火箭推进方式存在的缺陷：携带的大量燃料使航天器变得庞大低效，因为火箭产生的大量动力耗费在运载燃料上。这种较为原始的推进方式在发射人造卫星和登月计划中尚可采用，但是在星际旅行中，工程师们认为需要另外寻找更轻便、更灵活和更迅捷的推进系统，让飞船速度接近光速。这样的新型推进系统目前有两种，其中一种不久将接受测试；而另一种如同阿尔法人马座那样，离我们还十分遥远。

1984年，美国休斯飞机公司研究实验室的物理学家罗伯特·福沃德在其标志性的论文中，提出了采取古老风帆技术进行星际旅行的理念。正如劲风能使帆船漂洋过海那样，强大的激光束也可以推动具有大“帆”的宇宙飞船在太空中畅游。激光的光束射到“帆”上后便转化成动力并推动宇宙飞船前进。科学家设想用太阳系中的激光器为飞船提供动力，让其逐渐提速，并奔向遥远的世界。

至今，工程师们已研制出一种简单的太空帆船，但它利用太阳光能而非激光束提供动力。在未来几个月内，行星学会（一个太空爱好者的私人组织）计划发射其首创的太阳“帆船”。此“帆船”名为宇宙1号（Cosmos1），重50磅，其镀铝“帆”宽达100英尺。“帆船”计划于2005年从北冰洋巴伦支海海域利用潜艇发射升空。离开大气层后，太阳光将推动它进入更高的运行轨道。

太阳帆的工作原理是，帆将照射过来的太阳光（光子）反射回去。由于力的作用是相互的，太阳帆将光子“推”回去的同时，光子也会对太阳帆产生反作用力。就是这种反作用力推动飞船前进。NASA喷气推进器实验室太阳“帆船”负责人霍皮·普赖斯认为，这种不携带燃料的推进方式将开辟全新的星际旅行方式。但是，由于太阳光随着距离的增加而减弱，因此太阳“帆船”在远离太阳后将无法继续前进。

同太阳光相比，聚焦的激光束能够将“帆船”推至阿尔法人马座恒星系甚至更远，原因在于激光束不会像阳光那样随着距离的增加出现发散和减弱。根据福沃德的理念，弗里斯比描绘出人类飞向巨蝎座55星恒星的旅行方案。他采用600英里宽的铝制薄膜“帆”推动的宇宙飞船，旅行舱设在“帆”的中间。架设在地球轨道或月球表面的激光器产生的高能激光束经过一面反射镜聚焦在飞船的“帆”上推动飞船。激光器将工作数年，保证飞船达到其巡航速度。然后在飞船抵达目的地前数年重新开始工作，以帮助飞船降低速度。

金属铝的熔点为华氏1220度，弗里斯比提出大尺寸“帆”的设想是为了解决“帆”自身的散热问题，“帆”过热由高能激光束所引起。如果计划在太空组装飞船“帆”，那么应采用更轻便、更富有弹性的材料。NASA格伦研究中心的杰弗里·兰迪斯正在研究采用金属铌（熔点为华氏4490度）或钻石（在华氏3270度时断裂成石墨）制作的薄膜。高温材料能够承受光斑更小但能量密度更高的激光束的照射。钻石“帆”具有与弗里斯比的铝“帆”相同的功能，但它对飞船的加速更快，可以缩短星际旅行时间。

如果激光束用来帮助人类飞向巨蝎座55星，那么激光器的输出功率将大得令人不可思议。根据弗里斯比的估算，推动飞船所需的激光器稳定能量输出应达17000万亿瓦特。要实现如此巨大的能量输出，弗里斯比提出利用特殊装置集聚太阳能来泵浦激光器，也就是说激光器在太阳的作用下产生会聚的、相干性高能光束。实际上，美国芝加哥大学的物理学家已展示了一种新系统，它能将普通光的密度提高84000倍。

如果掌握了激光帆技术，那么人类再也不用担心远距离飞行的燃料问题。此外，通过精巧的设计，当飞船到达目的地时，带有旅行舱的“帆”的中间部分将与“帆”脱离，失去中间部分的“帆”将激光束聚焦在旅行舱上，帮助它减速。根据弗里斯比的研究，激光“帆”飞船在不到10年的飞行时间内，其速度就可达到光速的一半。如果采用直径为200英里的激光“帆”，我们可以在12年半的时间内抵达阿尔法人马座；采用600英里宽的激光帆，与巨蝎座55星中类似地球的行星相会也只需86年。

理想的宇宙飞船应该同时具有激光帆和火箭的优点，这样，宇航员能操纵它随意飞行，同时又不必考虑携带和补充燃料的问题。

1960年，物理学家罗伯特·巴萨德提出的技术设想就能够满足如此苛刻的要求。他将自己的技术称为聚变冲压式喷气发动机。该发动机利用强大磁铁形成了直径巨大的磁漏斗，磁漏斗的作用是将星际旅行中沿途的氢收集起来作为飞船核聚变反应堆的燃料。没有燃料负载的飞船在聚变冲压式喷气发动机的推动下，能以接近光速的速度在宇宙中自由穿梭。

弗里斯比对聚变冲压式喷气发动机技术持十分谨慎的态度，认为这个概念现在还不成熟。此外，采用该技术的飞船在飞行速度不足光速的4％时，其情况同聚变火箭相当。速度进一步提高后，飞船的磁漏斗才能给反应堆提供足够的燃料。弗里斯比推断，采用聚变冲压式喷气发动机的飞船飞至阿尔法人马座和巨蝎座55星各需25年和90年。

聚变冲压式喷气发动机飞船存在着两个明显的问题。问题之一是聚变燃料在飞船的前方堆积会产生阻力降低飞船的速度，在星球密度比较高的区域，飞船也许会因摩擦而出现接近停滞不前的状况。事实上，宇航工程师罗伯特·朱布林曾建议利用类似的磁场作为星际旅行飞船的制动器，这样既能让飞船减速，同时又能节约燃料。问题之二是现在聚变试验反应使用的氘和氚在太空中十分稀少，虽然普通氢的含量较高，但还没有人知道如何让它发生核反应。

应该看到，虽然人类进行星际旅行最重要的是解决交通工具问题，根据弗里斯比的描述，我们似乎看到了人类走出太阳系的希望。不过，人类征服宇宙的道路还很漫长，在这条漫长的道路上还有许多问题，如宇航员生存和生活问题，在长达40多年的飞行中，他们的食物、氧气和水，以及他们的心理健康都是需要进行周密研究的课题。

愿人类早日圆了自己走出太阳系，实现星际旅行的梦想。未来航天动力装置：星际旅行人类能飞多远？

11月5日，在腾讯we大会上，剑桥大学物理学教授、著名宇宙学家霍金通过远程视频做了其关于天文物理方向的理解分享。霍金认为今天的世界很像1492年的欧洲，当时人们坚信哥伦布探险注定是徒劳无功，然而新世界的发现为旧世界带来深远影响，新世界成了他们的乌托邦。

在远程视频过程中，霍金提出一个”突破摄星“的概念，认为这在未来可能会使人类的星际旅行变成事实。“人类作为独立物种，大概已经存在了两百万年。如果人类想延续下一个一百万年，就要勇敢前行。”

他认为，“突破摄星”项目的三大核心概念是在“迷你太空飞行器、 光动力推进和锁相激光器”，项目的目标在于实现星际旅行，不远的将来，人类很可能向距太阳系最近的星系半人马座阿尔法星系发送一个探测器。

霍金认为，“突破摄星”将是人类初步迈向外太空的真正机会，为了探索和考量移居太空的可能性。“然而我是个乐观主义者，我相信我们可以避免这样的世界末日，而最好的方法就是移民到太空，探索人类在其他星球上生活的可能。”

你好，北京！我是史蒂芬o霍金。欢迎来到腾讯WE大会。

我今天的演讲，是关于在宇宙这一背景下，地球和人类所扮演的角色。为了最好地阐述，我需要从两个维度出发，一是思考人类的未来，二是研究我们探索太空、寻求其他潜在宜居星球的选择。我今天的目的，是问大家两个问题。首先，我们需要做什么才能够确保，在力所能及的范围内，人类的未来达到尽可能完美？其次，我们为什么要考虑探索其他宜居星球？

一个原因是，对我们来说，地球变得太小了。在过去二百年中，人口增长率是指数级的，即每年人口以相同比例增长。目前这一数值约为1.9%。 这听起来可能不是很多，但它意味着，每四十年世界人口就会翻一番。 2022年，我将庆祝自己80岁的生日，而在我人生的这段历程中，世界人口比我出生时膨胀了四倍。

这样的指数增长不能持续到下个千年。 到2600年，世界将拥挤得 “摩肩擦踵”，电力消耗将让地球变成“炽热”的火球。这是岌岌可危的。然而我是个乐观主义者，我相信我们可以避免这样的世界末日，而最好的方法就是移民到太空，探索人类在其他星球上生活的可能。

但是理由充分吗？难道留在地球上不是更好？ 在某种程度上，今天的情况就如同1492年前的欧洲。当时的人们很可能坚信，哥伦布的探险注定是徒劳无功。 然而，新世界的发现，对旧世界带来了深远的影响。对于那些被剥夺权利地位、走投无路的人来说，新世界成为了他们的乌托邦。人类向太空的拓展，甚至将会产生更深远的影响，这将彻底改变人类的未来，甚至会决定我们是否还有未来。它不会解决地球上任何迫在眉睫的问题，但它将提供解决这些问题的全新视角，让我们着眼于更广的空间，而不是拘泥眼下。希望这能够让我们团结起来，面对共同的挑战。

当我们进入太空时，会有怎样的发现呢？会找到外星生命，还是发现我们终将在宇宙中踽踽独行？我们相信，生命在地球上是自然而生的，是在漫长的进化后，实现了与地球资源的高度契合。因此，在其他条件适宜的星球上，生命的存在也必定是可能的。即使这种可能性极小，但宇宙是无限的，我们还是可以假设，生命会在某处出现。不过，如果概率很低，那么出现生命的两个星球间的距离，可能将异常遥远。

在太阳系中，月球和火星是太空移民地最显而易见的选择。水星和金星太热，而木星和土星是巨大的气体星球，没有坚实的表面。火星的卫星非常小，并不比火星本身更优。木星和土星的一些卫星也存在可能。比如木星的卫星之一欧罗巴，它的表面是冰层，但其下可能会有液态水，也就可能会孕育生命。那么我们如何确定这种可能？是否必须登陆欧罗巴，然后钻一个洞？

星际航行必然是一个长期的目标。我所说的长期，是指未来二百到五百年。

但是，还有另一种选择。去年，我与企业家尤里o米尔纳（Yuri Milner）一起，推出了长期研发计划——“突破摄星”，目标是让星际旅行变成现实。如果成功，在座各位有些人的有生之年内，我们将向太阳系最近的星系——半人马座阿尔法星系发送一个探测器。

“突破摄星”是人类初步迈向外太空的真正机会，为了探索和考量移居太空的可能性。 这是一项概念验证的使命，其中涉及三个概念：迷你太空飞行器、 光动力推进和锁相激光器。“星芯片”是尺寸被缩小到仅几厘米、但功能完备的太空探测器，它将附着于“光帆”上。“光帆”由超材料制成，重量仅有几克。我们设想，一千个由 “星芯片”和 “光帆”组成的纳米飞行器将被送入轨道。 在地面上，激光器阵列将共同形成一道超强光束，光束穿过大气，以数十吉瓦的功率射向太空中的“光帆”。

这项创新背后的想法，是以光束来驱动纳米飞行器的前进。这样产生的速度虽然不及光速，但也能达到其五分之一，约合每小时1亿英里。这样的系统可以在一小时内抵达火星，几天内到达冥王星，一周内就可以追上并超过旅行者号探测器，并在仅二十年后到达半人马座阿尔法星系。重要的是，“星芯片”的轨迹可能包括“比邻星b”，这颗位于半人马座阿尔法星宜居带的行星，与地球的大小类似。正是在今年，“突破摄星”与欧洲南方天文台携手合作，进一步探寻半人马座阿尔法星系的宜居行星。

目前看来，这些都可能成为现实。但我们也看到重大的挑战。1吉瓦功率的激光器仅能提供几牛顿的推力，不过因为纳米飞行器因为只有几克重量，恰恰可以克服这个问题。但是工程方面的挑战是巨大的。纳米飞行器必须经受极限加速、极寒、真空和质子，以及与太空粉尘等垃圾的碰撞。另外，由于大气湍流，将一套总量100吉瓦功率的激光组瞄准太阳帆，也是很困难的事情。

还有一些严峻的问题。如何让数百道激光穿过大气波动时聚合，如何推动纳米飞行器又不烧毁它们，如何让它们瞄准正确的方向？此外，我们还需要让纳米飞行器在冰冷的真空环境中工作二十年，这样它们才能将信号传回到四光年外的地球。然而这些都是工程设计要解决的问题，而工程挑战往往最终都会被解决。随着技术进步日趋成熟，我们可以展望更多令人兴奋的使命。如果“突破摄星”计划能传回毗邻星系中宜居星球的图像，这对人类的未来必将产生深远影响。

希望我已经解答了我演讲一开始所提出的问题。人类作为独立的物种，已经存在了大约二百万年。我们的文明始于约一万年前，其发展一直在稳步加速。如果人类想要延续下一个一百万年，我们就必须大胆前行，涉足无前人所及之处！

其实我们地球就是一艘宇宙飞船，当年在天狼星的时候，因为恒星巨变，导致天狼星人全部移民，我们地球就是其中一个从天狼星移民的种族。

按照现在的速度，如果地球的资源够人类支持一百年，还是有可能进行星际移民的，但是一定要有一位伟大的科学家，类似特斯拉之类的牛人，但我认为这是不可能实现的，人类就像地球的癌细胞一样，不断的掠夺和扩张，地球的重新格式化不远了，也许在我们的有生之年都能看到。也就是说，在未来100年内，我们地球将再次移民外星球。星际移民，天文科学家在宇宙中寻找到适宜人类居住的星球或者在其他星球上创造条件让人类移民居住。

过去研究人员提出早期移民人口数量为几百人，但科学家认为需要重新讨论这个问题，这需要从人类群体遗传学上去考虑，人数太少不能组成基本的繁衍群体，移民的多少也决定了需要多大的宇宙飞船。

据国外媒体报道，如果人类想要移民其他星球，那么就需要一个很大的飞船，俄勒冈州波特兰州立大学人类学家卡梅伦·史密斯估计初期移民人口数量大约在4万人左右，如此庞大的人口数量可使殖民地人口呈现多样化，在遗传统计上具有意义，可解决长时间太空飞行的需要。

如果我们能够向整个宇宙扩张，为什么要担心地球上有太多的人？早期欧洲通过将其过剩人口运往新大陆而解决了它的人口问题，为什么我们不能继续这一进程？我们的太空计划已经指出了道路。”这种可能性时常在公众集会上提出，1958年，美国nasa（国家航空航天局）成立后4年，其国会监护人即科学和宇航委员会支持也将太空移民作为“人口爆炸”问题最终的解决办法。

适宜居住的行星有几个？这些星球对于我们这些地球人来说真的是可居住的吗？20世纪初，曾有人认为火星和金星是人类生活的可能之地。但nasa成立后不久发现，环绕太阳的其他行星都不适合我们这种生命生存已是无可辩驳的事实。我们知道，一个在金星表面的人将不得不在足以将铅融化的温度下生活，他呼吸的是二氧化碳含量为96％的空气，在相当于我们的洋面1/2英里以下水压的大气压下劳作。（据推测，金星已经遭受了毁灭性的“温室效应”。）

至于火星，这个科幻小说中的常客，在这颗红色的行星上生活就像住在两倍于珠穆朗玛峰的高度上。火星的空气中仅含有极少量的水分，其大气压力只是地球海平面大气压的1％；无论白天还是夜晚，温度都在华氏0度以下。因此，当谈起天体间的移民时，其实我们考虑的只是恒星间的迁移，移向太阳以外的其他恒星——假设它们有自己的行星。进一步的假设是，在这些假想的行星中，有几个也许像地球一样适宜于生命。

星际移民:一些有关的科学数据

除太阳以外最近的恒星是半人马座的α星，距离为4.3光年。（“光年”是一种长度单位，而不是时间单位，它是指光在一年中所移动的距离。）从地球到半人马座α星的距离是25万亿英里。

为了逃离地球，宇宙飞船的速度必须超过每小时25000英里。以25000英里/小时的速度，这艘宇宙飞船要用10亿小时才能到达半人马座α星——运输时间合计达114000年。设计出一种能够成功地自我维持10多万年的自给自足的人类移民队，这种想法是令人可怕的。还需要更快的速度。

即使是光速，到半人马座α星的旅行也要用4年时间，但是我们有充分的物理学理由认为不可能接近这一速度。塞巴斯蒂安·冯·赫尔纳认为光速的3％是我们所能期望得到的最大速度，也就是2200万英里/小时。以这一速度，从地球到半人马座α星要花费140年。旅行需要5代人的时间。也许有人会认为，未来技术的进步能缩短运输时间；但另一方面，如果半人马座α星没有假想中的适于人类生活的行星呢？在这种情况下，我们的五月花号宇宙飞船将不得不再次“起航”，也许再过5代，它的乘客才有望找到新的地球落脚。

不要以为五月花号宇宙飞船能够像地球一样，通过平常的农业就能够自给自足。阳光只能使飞船上的绿色植物在旅行之初的个把月里生长。远在飞船飞到海王星之前，阳光就不足以进行光合作用了，而人人都知道遥远的恒星是多么的暗淡。在黑暗中，植物要吸入氧气，就像动物时时刻刻所为。所以在远未接近海王星之前，植物就会同人类争夺氧气了。既然半人马座α星是最近的恒星，这就意味着140年旅行的绝大部分时间里将只有星光相伴。毫无疑问，这非常浪漫，但并不非常有营养。需要用飞船上的能源来再生氧气。从什么渠道能使移民队成员获得5代人在黑暗中生活所需要的能源呢？

弗里曼·戴森建议旅行者可以在飞船尾部一个接一个地投下氢弹，利用飞船和爆炸之间的屏障捕获10％的能量。（显然在我们的飞船出发之前，需要解决不少工程上的细节！）移动的移民队需要一种安全的存储和使用能源140年的方法。

我们的祖先用于支付驶向美洲的历史性的五月花号旅行的积蓄和捐赠，可以表示为用于积累必须资本所需要努力的人年数。戴森认为，在五月花号将清教徒前辈移民带到北美的旅程中，需要一个人用7.5年的劳动来支付一个家庭的旅费。对于19世纪摩门教徒从伊利诺斯州到犹他州的历史性旅行，他计算的费用是每个家庭需要花2.5个人的年收入。对于一个设计最为周到的太空移民队计划，他估计每个家庭的费用是1500人年。如果我们假设每个家庭有四口人，则意味着每个人要用375年的劳动收入来支付太空旅行。

当我们以工作的人年数这一基本术语表示旅行费用时，显然，几乎没有哪位旅客能付得起他的旅费。一个人一生工作50年（从15岁到65岁），结果只是50个人年的工作，并且在其生活的进程中消费了这一数目的大部分。说出他能积累多少并非易事，但肯定不多。因此，宇宙飞船上每一位假想的移民都必须得到留在地球上的一大群人的资助。这一科学事实显然呼唤着政治制度的某种慷慨。

虽然与工作的人年数相比，美元不是基础的尺度，但是粗略地以美元表示旅费我们也会有所收获。考虑一艘核潜艇的情况。这是一部精心制作的机器装置，但显然不如一艘能够进行140年星际旅行的宇宙飞船那么复杂。一艘典型的核潜艇耗资10亿美元，承载140名水手。每个水手的登艇费用是700万美元（我们还忽略了数目可观的运行费用）。如果每一名水手都必须购买其在潜水艇上的位置（就如19世纪的英国绅士不得不在官方机构购买他们的资格一样），一个普通人在老到无法上船之前能赚够一笔支付登艇费的钱吗？一个普通人能够从一份普通工作中一年省下10000美元，这已是很难得的了。以这一乐观的储蓄率，他需要700年才能积累起所需要的登艇费。

相互连接的独立的舱室结构共同围绕零重力中心旋转。每个舱室都包含有居住区、功能区、公共休闲区。

科学家设想出了一种较小的概念飞船，称为“殖民星际飞船”（Colonized Interstellar Vessel或CIV）。当乘坐这样的星际飞船的时候，上面的生活空间和地球上十分相似。不过，科学家表示，在目前科技条件下，想建造一艘能搭载人类进行星际飞行的飞船仍需要上百年的探索。

这种飞船的设计思路是相互连接的一个个独立的舱室结构共同围绕零重力中心旋转，每一个舱室中都包含有功能区、居住区、公共休闲区和开展研究的区域。为使飞船设计具有更大的灵活性，飞船整体是模块化设计。任何一种设计都必须考虑到今后的升级和改造。

飞船中的人可以漫步内部的任何区域。建造的方案是，设计5个最初的模块，每一个的跨度达775米，然后组合在一起。这样的一个组合体可以搭载1万多名成员（1万名成员是保证一个健康和多样化社会所需的最少人口）。

把飞船设计成一个个相对独立的舱室，还有利于预防和控制疾病流行和爆发和船舱损坏。在这样的环境中，生物节律必须要人工干预。

要想设计这样一艘飞船则需要几十年、几个世纪甚至更长的时间，但人类进行星际航行播撒文明火种的愿望是不可阻止的。

美国航空航天局(NASA)和美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在开展一项名为 “百年星舰”的宇宙探索计划，希望在百年内能够让人类冲出太阳系，抵达其他遥远的星球。该计划的第一个目标是火星或火星的两个卫星。不过，由于目标遥远和资金所限，这项计划存在致命缺点——— 是一张有去无回的单程票。该计划获得美国前总统比尔·克林顿的支持，并得到DARPA的资助。

登陆地点 第一目标是火星或者火星的两个卫星

“百年星舰”计划由NASA于2010年提出，旨在未来一百年内，探寻到一个商业模式，开发出成熟的长距离载人宇宙方案。美国航空航天局埃姆斯研究中心主任皮特·沃登介绍，该计划预计花费100亿美元，研究机构向众多富豪发出邀请，希望他们投资这一项目。历经两年，这个项目才获得足够的启动资金。

“百年星舰”计划合作单位、美国伊卡洛斯星际组织负责人亚当·克鲁尔说，他们的第一个目标是火星，或是火星的两个卫星。计划的两大挑战是新的推进系统与定居火星的生命维持系统。“我们将致力于打造持续百年太空飞行的星际飞船，以及可行性星际技术，最终全人类将受益。”

按照计划，飞船将搭载适合人类长期生活在宇宙的生命维持系统，到达目标星球后，在那里建立一个人类星际殖民地。

首任机长 首位黑人女宇航员

1992年进入太空的第一位黑人女宇航员梅·杰米森，在今年初被挑选为“百年星舰”计划的首任机长，未来将负责指挥新型星舰飞船飞越太阳系，探索宇宙。杰米森来自美国亚拉巴马州，今年55岁，是2011年美国航空航天局和美国国防部高级研究计划局举办的“百年星舰”计划讨论会上的首席重要人物。她说：“我们的研究计划拥有美国国防部高级研究计划局的大力支持，我们拥有的信心将会使星际飞行梦想成真。”她表示：“我愿意为人类星际探索活动献身。”

星舰先驱 50年可到半人马座阿尔法星系

“百年星舰”计划可以看作是上世纪70年代英国 “代达罗斯计划”的延续。1973年到1978年，英国行星协会发起的“代达罗斯计划”探讨过进行星际之旅的可能性，并认为从理论上来说，人类利用现有或未来数10年的科技在有生之年进行星际旅行是完全可能的。

“代达罗斯计划”的研究人员还设计出了一种星际旅行太空船，根据设计图，它重达5万吨，由核聚变能源驱动，能以12%光速的速度高速飞行。根据这一速度，人类只需花50年左右的时间就可以抵达距太阳系最近的恒星系统———距离地球约有4.22光年的半人马座阿尔法星系。

就目前而言，星际旅行的难度超乎想象。如要飞往阿尔法恒星，人类目前最快的飞行器——— 时速超过6万公里的 “旅行者1号”无人外太阳系太空探测器最少也要连续飞行7万年。此外，星际飞船必须能够有效地屏蔽宇宙射线，避免宇航员遭受损害，宇航员DNA分子的健康涉及百年星际旅行中人类后代的体质。

亚当·克鲁尔表示，伊卡洛斯星际组织将设计核聚变飞船并进行基础研究，比如飞船动力、存储以及控制系统等，飞船上还需携带机器人，相关自动化、智能化设计和制造技术也都需要突破性进展。

美国国防部高级研究计划局技术主管戴维·尼兰德对 “百年星舰”计划信心满满：“如果你在1910年去问爱因斯坦或是马可尼，如何才能让普通人享受全球通讯的便利，他们一定不会想到苹果手机。”

旅行特点 耗费一生有去无回

在长约50年的时间里一直进行星际旅行，即使一个宇航员20岁时出发，抵达半人马座时也已经70岁高龄。由于目标遥远和资金所限，宇航员几乎不可能返回地球。

亚当·克鲁尔说：“星舰机组人员开始星际旅行时，必须明白他们要耗费一生时间才能抵达另一个外星世界。所以星际旅行更像是一项巨大的社会实验，星舰必须像一个可以完全自给自足的小城市。”

此外，“星舰”上不仅要提供可以模拟人造重力的旋转舱，还要具有零重力环境下的食品种植系统、可以提供安全的自动驾驶等。由于星际旅行中任何通讯信号都可能要花好几年时间才能传回地球，所以宇航员们必须具有极强的心理素质和心理准备，甚至为了传宗接代，他们应该在星舰上生儿育女，繁衍后代。

出发时间 2030年将有4宇航员安家火星

埃姆斯研究中心主任皮特·沃登说，预计在2030年，美国将把4名宇航员送上火星。飞行大约需要9个月时间，即使改进火箭技术，也需耗时4个月。美国航空航天局2010年11月开始为“百年星舰”计划招募去火星的志愿宇航员。志愿者将在火星上安家落户，成为人类未来移民外星球的先驱者。

华盛顿州立大学天体生物学家德克·舒尔策·马库奇和亚利桑那州立大学天体生物学家保罗·戴维斯在《宇宙学》杂志发表论文，详细描述将4名宇航员送上火星开拓新领地的前景。文章说，单程火星载人太空任务将不会像“阿波罗计划”一样采取阶段性登陆的方式，而是要在火星上建立永久性人类居住地。初期阶段，将从地球给宇航员运送生活补给物资，但希望他们会越来越多地利用火星资源自给自足，最终能在这个红色星球上建造自给型生活基地。

人类一直在寻找地球以外的“第二栖息地”。在已知的宇宙空间，火星不仅是最类似地球的星球，也是目前人类有可能抵达的星球之一。火星与地球有着几乎相同的昼夜时长和季节变化。但零度以下的低温和稀薄的大气层都需要进行改造才能适合人类居住。（新良）

在科学家眼里，飞离地球的理由太多了：地球人口不断膨胀；不知道何时太阳系的某颗小行星真的会撞上地球，甚至将海水全部蒸发掉，让人类无法生存。

依据美国非政府组织救生艇基金会的一项近期报告，数百位研究人员追踪十几种人类生存危险假设，其中多数危险表明：人类终有一天要离开地球。不过离开原因并不一定是未来可能出现灾难性事件，而主要是人为因素。

人类每年消耗的资源早已远超地球的承受能力，世界野生动物基金会评估，2030年人类每年的能源消耗量是地球自然资源的两倍。灾难流行病研究中心则称，近10年旱灾、洪涝灾害是上世纪80年代的3倍、1901年的54倍。

气候变化带来许多负面影响：水资源严重匮乏，沿海区域被淹没，大面积饥荒。此外，人类还可能被致命病菌、核战争终结。救生艇基金会警告，日益滥用的高科技技术如同一把双刃剑，在促进全球科学发展的同时也对地球构成巨大威胁。

纽约大学化学家罗伯特·夏皮罗主张，一些严重的灾难性事件是不可避免的，必须准备“复制”人类文明，移居到其它星球生活，这不仅是避免人类受到伤害的策略，而且可使人类文化和传统得以继承延续。美国航空航天局负责人迈克尔·格里芬说：“如果人类希望存活数十万年或者数百万年，就必须移居到其它星球上。我们并不知道未来这一天具体是什么时候，但我们相信会有大量的地球人类移居到其它星球！”

也有很多科学家认为，人类未来离开地球的原因，或许仅是为了保护地球免遭破坏，地球将变成一个自然避难所，人类可时常光临。

这样的飞船毫无价值——除非当人类面临灭顶之灾、需要保留人类这个物种，才有价值。因为这样的宇航的历程就是一代人、甚至几代人、几十代人的全部人生，这样的宇航是一段历史，而不仅仅是一段岁月，在那么漫长的历史会发生什么且不说，那些人类生命的价值与意义何在？

特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。