地球到月球只需要六秒钟,这个纳米飞行器有点像三体人的"水滴"

去年 4 月 12 日霍金开通微博,开通一小时内吸粉 30 万,后又粉丝暴增到 270 万,成为新晋国际网红。正在中国网友攻占评论区求科普时,霍金发布了一条微博,让人们又吃一惊。

霍金在微博宣布将同俄罗斯互联网亿万富豪尤里·米尔纳(Yuri Milner)、美国社交网站脸书创始人扎克伯格(Mark Zuckerberg)合作建立一个名为“突破摄星”(Breakthrough Starshot)的太空探索项目,建造大批微型星际飞船,这些飞船将以五分之一光速前往半人马座阿尔法星。

半人马座阿尔法星距离地球大约为 4.2 光年,是距离地球最近的恒星系统,从整个宇宙尺度上看,半人马座阿尔法星是太阳系的近邻,用今天最快的太空船,要飞抵半人马座阿尔法星,需要 3 万年。

霍金说“突破摄星”旨在研发出一台“纳米飞行器” —— 一台质量为克级的自动化太空探测器—— 并且通过光束把它推动到五分之一的光速。即使是五分之一也是恐怖的 6 万公里/秒,举例来说,月球是距离地球最近的天体,它与地球的平均距离约为 384,401 千米,用纳米飞行器从月球飞到地球只需要 6 秒多一点,那么它到达半人马座阿尔法星将需要 20 年。

纳米飞行器由一块名为“星片”的电脑芯片作为船体。米尔纳在发布会上展示了“星片”的成品原件。该芯片仅有二三厘米见方,几克重,但集成了摄像机、光子推进器、导航和传输部件,是具有完整太空探测功能的飞行器,而制造成本仅相当于一部 iPhone 手机。

该芯片会安装上名为“光帆”的超材料布蓬,通过地面发射高能激光助力推进,“光帆”可吸收激光能量,带动微型飞船前行。由于飞船的质量非常小,在太空中又几乎没有阻力,在激光的不断加速下,理论计算显示其速度可达五分之一光速。

但这个飞船有一个缺陷,就是没有制动系统,飞船重量很小,在星际介质中没有摩擦力,因此很难在以每秒 6 万公里的速度行驶时停下来。如果没有制动系统这将是变成一场单纯的飞行之旅,因为飞船在快速飞行时无法停留去记录沿途的风景。

基于此,法兰克福歌德大学的理论物理学教授克劳迪斯·格罗斯提出可以利用磁帆使纳米飞行器减速。磁帆是由一个可以展开的超导环组成,直径约为 50 公里。一股没有能量损失的电流被导入超导环中间产生一个强磁场,而带电粒子在穿过时会被反射到磁场中,逐渐减慢飞行器的速度。

如果减速,那么纳米飞行器的速度将变为光速的 0.3%,即每秒 1,000 公里。这将大大延长到达半人马座阿尔法星的时间。但是格罗斯称飞船减速将能见证单细胞生物被送到遥远的行星上,因此减速进入轨道是至关重要的。因此,目前是否实施这个项目还存在很大争议。