这种高速太空帆可以带我们到以下恒星系统

距我们太阳系仅约 4 光年的半人马座阿尔法星是另一个繁华的太空社区。 它是由安装的 三颗星 与我们的太阳具有相同的功能，它承载着类似于我们著名的八颗天体的行星，并且可能有一个地球双胞胎 在宜居区闲逛。 几乎就像另一个现实一样，恒星系统对于太空探索者来说是一个令人眼花缭乱的领域。

只有一个明确的案例。 以我们目前的技术，发射的航天器要到大约 82022 年才能到达半人马座阿尔法星。 这就是为什么在 2016 年，已故天体物理学家斯蒂芬霍金和投资者 尤里·米尔纳 推出 射星黑客 – 以光速 20% 的速度向半人马座阿尔法星发送晶圆大小的太空探测器的计划，将巨大的旅行时间缩短到仅 20 年。

他们的计划侧重于利用地面激光器发射的光子（也称为光粒子）的能量的光学帆，而不是像传统帆那样利用风。 虽然它与星际迷航的科幻技术完美契合，但这个想法已经广受欢迎，以至于各地的研究人员都开始研究如何让外星小工具工作，希望能制造​​出一种超级引擎，在宇宙中爆炸令人眼花缭乱的利率。

宾夕法尼亚大学的一个这样的团队解决了大部分难题。 在 本月在 Nano Letters 上发表的几篇论文和 研究人员提出了一种方法，以确保这些创新的航天器在为期两年的星际飞行中不会被强烈的激光脉冲撕裂。 从本质上讲，研究人员建议风帆应该在太空真空中“流动”，就像普通船在地球风中的风帆一样。

宾夕法尼亚大学机械工程与应用力学系副教授、研究作者伊戈尔·巴尔加廷 (Igor Bargatin) 说：“从一开始，一些光帆数字就在晃动，有些则没有，但它们没有得到很好的研究。” “我们所做的是表明你肯定需要膨胀。

“我们意识到人们并没有真正考虑问题的机制，特别是哭泣的可能性，”Bargatin 补充道。 “我们希望确保实现这个想法，当它实现时，人们会关注加速过程中可能发生的事情。

“我们不希望这些帆失败。”

星际飞船参数

想象一艘挂着帆的船冒险出海。 风帆将随着每一阵风而升起，推动船前进。 这种推力是由风的后坐力撞击帆产生压力造成的。

光帆没有太大的不同。

“当光子撞击我们的光帆时，它们会被反射并产生压力，”Bargatin 说。 “确切的机制有点不同，因为我们谈论的是光与实际的空气分子。但无论哪种方式，它都会产生压力。” 事实上，这样的设备已经在一定程度上被证明是有效的。

2010 年，日本宇宙航空研究开发机构 它发起了一项名为 Ikaros 的轻型航行任务 她认为这是成功的。 2019年， 光帆演示 2 附属诉讼。 由 Bill Nye 和 Neil DeGrasse Tyson 发起的 Kickstarter 活动资助，它利用光子的纯能量将一颗小型卫星送入太空。

但 Ikaros 和 LightSail 2 都使用太阳发出的光，这与 Breakthrough Starshot 的激光愿景不同。

虽然阳光可以降低流泪的风险，但它对于 Starshot 的尝试来说太弱了。 此外，Bargattin 说，Starshot 的光脉冲应该在相对较短的时间内发生，因为一旦光帆离地球太远，科学家就会失去有效加速它的能力。

简而言之，要达到光速的五分之一——这样它就可以在所需的二十年内到达半人马座阿尔法星——在一个严格的窗口内，这些光需要极强的光脉冲，而这只有通过激光才能实现。

“我们的光子钉上的设计压力并不大，”Bargatin 说。 “这几乎就像手里拿着一分钱一样。” Bargatin 说，从科学上讲，压力加起来约为 10 Pa，但考虑一下我们如何在不担心轻微压力的情况下生活。 绝对地。

十帕的光能需要大量的激光能量，所以与柔和阳光的伊卡洛斯之舞不同，极其刺眼的激光脉冲发出的光钉会被损坏。

如何建造永久的光帆

据研究人员称，强大的激光脉冲可以产生足够强的压力，足以像拉紧的船的帆一样弯曲和撕裂板，如果遇到巨大的风暴，它可能会爆炸。

他们认为灯应该具有“凸出”的能力，并形成一个有点弯曲的形状，就像一个天篷。 Bargatin 解释说，帆的长度和曲率半径应该在 3 米左右。 在他们的新论文中，作者概述了确保最佳扩张的几何测量。

即使是没有眼泪的轻帆也会遇到其他障碍。 为了克服这些问题，要考虑的主要参数是航行材料。 面板必须坚固耐用，重量轻，以降低激光功率并有效反射光，以实现最佳推力和激光脉冲产生的散热。

Bargatin 说，如果最后一部分不处理，它实际上可以航行 融合 在空间中。

“你可以想出一系列材料。这种材料的厚度和曲线几何形状将使帆能够克服我们目前设计的压力，”Bargatin 说，并指出他的团队主要在寻找一种叫做钼的材料二硫化物。

然而，在宏伟的计划中，建造一个可以向前发射光束的大型激光阵列将是一个主要障碍。 Bargatin 说，从事太空通信工作的研究人员仍在研究如何从连接到光学帆的微芯片探测器中检索信息。

如果突破摄星机制有朝一日奏效，那将是人类在科学领域的辉煌成就的真实证明。 在六年前宣布该组织的宏伟目标时， 霍金纪念碑：

“我认为让我们与众不同的是超越了我们的极限。重力把我们粘在了地上，但我刚刚飞到美国。我失去了声音，但我仍然可以说话，这要归功于我的语音合成装置。我们如何过去这些限制？”

用我们的思想和我们的机器。