NASA考虑向比邻星发射探测器！（文字版）

Linvo说宇宙

2024-12-03 06:15发布于天津科普领域创作者

今年年初，一家名为“太空倡议（Space Initiatives Inc.）”的美国初创公司向NASA提交了一份探索比邻星的提案。该提案设想通过光帆驱动的方式向比邻星发射上千颗微型探测器，他们称该方案为“蜂拥比邻星”。九月份（2024年），在NASA举行的创新研讨会上，研究人员向人们阐述了该方案的具体细节以及展示相关动画。

比邻星相信大家都很熟悉，它是距离太阳系最近的一颗恒星，离我们只有4.2光年。出了奥尔特云，再走上大概一半的路程差不多就到了。比邻星所在的系统并不是单恒星系统，它所在的南门二（半人马座α）是个由三颗恒星组成的三合星系统，也是《三体》里三体人老家的原型。不过现实中，南门二那三颗恒星的运动并不是没有规律，相反，它们有着特殊的运动关系：其中比邻星相对比较独立，另外两颗恒星距离它非常远，甚至它们更像是一个双星系统。

作为距离我们最近的系外恒星，比邻星周围是否存在行星呢？答案是不仅存在，而且已发现的就有三颗；而且不仅有三颗，其中两颗还是岩质行星；而且不仅是岩质行星，这两颗甚至还在宜居带内。不过由于比邻星是一颗红矮星，它的宜居带距离恒星很近，这里的行星很容易被恒星潮汐锁定，加上红矮星的“脾气”本就暴躁，超强耀斑什么的说来就来，所以对于行星来说，即使它们位于红矮星的宜居带内那也不见得能有多宜居。

但是毕竟它们是离我们最近的系外行星，尤其是这个比邻星b，它还是一颗与地球质量相当的类地行星，因此人们对它依然抱有无限遐想。所以不少人就想：这么近就别老是用望远镜看了，直接发个探测器过去实地打探一番岂不更好。

然而我们知道，比邻星虽然相对来说离我们很近，但是4.2光年对今天的人类来说依旧是个难以企及的距离。要知道，截至目前人类飞得最远的探测器——旅行者1号，从1977年发射到现在已经飞了将近半个世纪，这才只走了0.0025光年。照这个速度，到达比邻星至少也得8万多年。所以呢，要想真正实现星际航行，那必须得有更先进的驱动方式才行，比如光帆技术。

相较于反物质引擎、曲速引擎这些过于科幻的东西，光帆算是非常贴近现实的一项技术。早在上世纪20年代，前苏联科学家就已经有借助太阳光的光压推动航天器的设想，该技术被称为“太阳帆（Solar sail）”。近些年，一些国家在这方面的研究虽说仍然面临诸多挑战，但同时也取得了一些进展。

还记得之前介绍过的寻找外星生命的“突破倡议”计划吗？它下面的“突破摄星”就是一项针对该方向的研究计划，该计划的一个前期“小目标”就是要通过光帆技术把微型探测器发射到比邻星。

为什么是微型探测器呢？因为光子能够产生的推力极其微小，要让它起作用，现阶段一方面需要增加能量（比如使用高功率的激光以及增大帆的面积），而另一方面要尽可能地减小设备的重量（比如限制在几十克）。既要大、又要轻，可见材料问题是首先需要攻克的一大难关。

当有了合适的材料制作探测器后，接下来研究人员计划使用一种高功率的激光阵列对其进行加速。

如此一来，在持续推进的累积效应下，这样的“克”级探测器理论上最终能达到光速的20%。这意味着，人类的探测器将有望在100年内抵达比邻星。

不过这样的“克”级探测器实在太小，能力大大受限，就算去了也干不了啥大事。万一路上再出点什么意外，几十年的心血一下就都打水漂了，所以……为啥不多发射点呢？

这次向NASA提交的设想中，研究人员就计划一次发射数百个探测器，然后最终打造一个由上千个探测器构成的集群。这样一来能做的事就多了，首先在前往比邻星的途中，探测器就可以提前开始工作。比如之前对太阳系周围的星际云了解得很有限，现在就可以实地地看一看，这也将是人类首次以太阳系外的视角观察我们的宇宙。

当探测器抵达比邻星后，借助上百台探测器组成的虚拟望远镜阵列，我们可以开展高分辨率的观测。无论是恒星、行星还是没被发现的卫星，甚至是那里的小行星，我们都可以对其进行直接成像。

听起来是不是很激动人心？不过遗憾的是，该项目今年未能获得NASA（NIAC）的第二阶段资助，该方案目前在很大程度上仍然处于概念阶段。

不过即便如此，“蜂拥比邻星”仍然是个值得研究和进一步开发的想法，和其他光帆项目一样，它们为我们展示了未来几十年人类星际任务可能的样子。

[1] Nikolaos Perakis, Lukas E. Schrenk. et al. Project Dragonfly: A feasibility study of interstellar travel using laser-powered light sail propulsion. Acta Astronautica. 129:316-324. (2016).

[2] Gong, S., Macdonald, M. Review on solar sail technology. Astrodyn 3, 93–125 (2019).

[3] Pengyuan ZHAO, Chenchen WU, Yangmin LI. Design and application of solar sailing: A review on key technologies. Chinese Journal of Aeronautics. 36(5):125-144. (2023).

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