用激光推進飛船，如何？

菲利普·魯賓

在一項星際任務中，幾乎所有的開發成本都集中在建設定向能發射系統上。探測器本身是一些綁定在反射板上的小型設備，建造成本相對低廉，發射100個探測器幾乎與發射一個探測器的成本相當。我們甚至可以建造數以百萬計不同質量的探測器，可以是蘋果手機尺寸但更薄的“晶圓”飛船，也可以是更大的探測器，但它們均攜帶復雜的照相機、傳感器和一個由小型放射性同位素熱電式發電機（RTG）提供動力的激光通信系統。這個RTG類似于已經飛越冥王星的“新地平

線”探測器上裝載的設備。這些探測器會存儲突發通信之間的能量，并在抵達目標星體時從太陽能電池中獲取額外的動力。

最小型和最具挑戰性的探測器是“晶圓”宇宙飛船，它需要裝載微型加速度計和陀螺儀、星體跟蹤器、進行姿態控制的光子推進器、計算機和存儲、磁場和輻射傳感器、粉塵傳感器、光譜儀和核心的激光通信系統。該通信系統將使用一個芯片級激光二極管和數瓦爆發力的數據編碼系統，可以通過反射驅動探測器反射板的激光光束，將數據發送回地球。返回之后，用于推動“晶圓”探測器的激光相控陣列將反向作為一個相控陣列望遠鏡運行，以接收來自星際旅行者的微弱的激光信號。定向能推進陣列之后，數據通信系統可能是目前最大的技術挑戰。

一旦我們掌握了定向能推進技術，就會看到一系列驚人的事情發生。激光陣列技術具有模塊化和可擴展的特征，我們可以將尺寸更大、更強的系統發送至附近的星體。通過高數據速率的激光通信與地球相互聯系，它將可以實現到太陽系中任何目的地的快速旅行。激光能量聚焦光束可以使任何危險的近地天體發生偏轉，如小行星和彗星，進而保護我們的地球。作為一個遙感探測器，激光陣列可以確定太陽系中遙遠物體的構成。在天文學和宇宙學的專題研究中，相同的基本技術可以應用到尺寸更大、精度更高的相控陣列望遠鏡上。如果需要，我們甚至可以向潛在的外星文明發送信息，這個信息在整個可見宇宙均可檢測得到。更重要的是，其他智能生命也可能會做類似的事情，進而使我們能夠發現他們。

我們不再受限于化學火箭技術，這項技術自幾個世紀前出現以來沒有太大的進展。定向能光子推進系統僅受限于光速。由于宇宙飛船的主推進系統并不在飛船上，所以可以極度微型化。一個單光子驅動器幾乎可以驅動無限數量的探測器，所以每次發射的成本可能會大大減少。我們的主要太空任務無須等待幾年甚至幾十年。

雖然現在只有少數人看好定向能技術，但它正在迅速發展。激光系統的功率輸出和同步與并行處理能力大約每18個月翻一番，其節奏與改變半導體產業的摩爾定律相似。按照這個速度，未來的幾十年里此項技術會得到極大提高。根據目前的概念，最快的星際探測器用以飛越任務；在更遠的將來，一個星際運輸網絡可以在火星等目的地使用另一個減速激光陣列，進而兩站之間可以源源不斷地來回運輸乘客和貨物。

看上去簡直令人難以置信。我們有一天會直接看到我們附近行星的圖片，也許會看到將被我們后人殖民的土地。我們需要建立更大、更強的激光陣列，了解相關的問題，并把這些知識應用到下一代系統，直到達到我們的目標。同時，我們需要開發“晶圓”級別的航天器，輕量級的反射板和激光通信系統。這將花費數十億美元。不過，我們每年在太空探索上的花費至少也有數十億美元，更不用說花費數千億美元的國防和技術開發。

我們公布的星際飛行“路線圖”指明了方向。“突破攝星”計劃讓我們開始研發關鍵技術。我想，我們一定可以實現這個夢想，而且現在就可以開始行動了。

延伸閱讀

摩爾定律是由英特爾公司的創始人之一戈登？摩爾于1965年提出來的。其內容為：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，每隔18個月至24個月便會增加1倍，性能也將提升1倍。換言之，每1美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月至24個月翻1倍以上。

摩爾定律歸納了信息技術進步的速度。在摩爾定律應用的40多年里，計算機從神秘不可接近的龐然大物變成多數人都不可或缺的工具，信息技術由實驗室進入無數個普通家庭，因特網將全世界聯系起來，多媒體視聽設備豐富著每個人的生活。

摩爾定律對整個世界意義深遠。在回顧40多年來半導體芯片業的進展并展望其未來時，信息技術專家認為，在以后摩爾定律可能還會適用。但隨著晶體管電路逐漸接近性能極限，這一定律終將走到盡頭。40多年中，半導體芯片的集成化趨勢一如摩爾的預測，推動了整個信息技術產業的發展，進而給千家萬戶的生活帶來變化。