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光帆宇宙飛船的想象圖，飛船的光帆被來自地球的激光打成了弧面。圖片：courtesy of Breakthrough Initiatives

科幻作品中，我們一般將大型太空飛船編隊(duì)稱為宇宙艦隊(duì) 。而宇宙艦隊(duì)的推進(jìn)方式，也可以參考古代海軍的風(fēng)帆——不過在太空中，打在帆上的，不再是海風(fēng) ，而是激光束。憑借激光光帆，科學(xué)家發(fā)現(xiàn) ，我們或許真的能讓宇宙飛船加速到光速的20% ， 20年內(nèi)就能抵達(dá)比鄰星。

宇宙實(shí)在是太過廣袤，就連科幻片都誕生了一類“太空歌劇” ，一個(gè)人的生命在“太空歌劇”中往往顯得無足輕重。漫長的旅行時(shí)間與人類苦短的壽命之間赤裸裸的殘酷對(duì)比 ，是造成這一宏大史詩感的重要原因。
當(dāng)前人類尚不能直接給航天器提升多少速度，只能追求用盡可能少的燃料，盡量高效地改變航天器的軌道，最終還是要靠引力決定的軌道進(jìn)行星際航行。而相應(yīng)的代價(jià)就是，想要抵達(dá)哪個(gè)天體，需要的時(shí)間往往和這個(gè)天體的軌道周期正相關(guān) 。比如想要抵達(dá)軌道周期1個(gè)月的月球，可能需要飛行3天左右的時(shí)間，但想要飛到軌道周期23個(gè)月（687天）的火星，航行時(shí)間就可能長達(dá)200多天。
在太陽系內(nèi)的旅行尚且如此，星際旅行就更難以讓人想象。注定將會(huì)飛出太陽系的新視野號(hào)在2006年發(fā)射， 2015年才抵達(dá)冥王星。過長的時(shí)間帶來的變數(shù)太大，它發(fā)射時(shí)的使命是探索當(dāng)時(shí)的太陽系第九大行星冥王星。但當(dāng)它抵達(dá)目的地時(shí) ，冥王星卻已經(jīng)不再算得上一顆行星了 。
星際旅行如果所用時(shí)間太長的話，甚至有可能當(dāng)你趕到目標(biāo)跟前時(shí) ，才發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)“不那么重要”了。圖片來源：Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
1977年發(fā)射的旅行者1號(hào) ，更是花了足足35年才飛出太陽系。到現(xiàn)在，飛行了將近45年，距離地球21.5光時(shí)（光走過21.5小時(shí)的距離）的旅行者1號(hào)是距離人類最遠(yuǎn)的人造物體。但是距離地球最近的恒星——比鄰星，和我們的距離也有足足4.22光年。劉慈欣在《三體》中描寫的三體人就位于那個(gè)星系，但就算是三體人制造的水滴，想要從那里抵達(dá)太陽系，也要花上足足200年的時(shí)間——顯然，這比任何人的壽命都要長。
新的推進(jìn)方法這一切的根源還是自帶燃料的限制。星際航行沒有外部輸入的情況下，如果想要加速，根據(jù)動(dòng)量守恒，你就必須扔點(diǎn)什么東西出去。傳統(tǒng)化學(xué)火箭可以把燃料燃燒產(chǎn)生的氣體以每秒幾千米的速度向身后噴出。但我們幾乎不可能繼續(xù)提升化學(xué)火箭氣體噴射的速度了，畢竟化學(xué)鍵的能量是有上限的，化學(xué)火箭噴射速度最多也就只能達(dá)到每秒10千米左右。想要繼續(xù)提升燃料的使用效率，工程師還可以用粒子加速器的原理，將燃料粒子加速到極高的速度向后噴射。天宮空間站核心艙上負(fù)責(zé)調(diào)整姿態(tài)、維持軌道的霍爾發(fā)動(dòng)機(jī)用的就是這樣的技術(shù) 。
但只要宇宙飛船自帶了燃料，就會(huì)有一部分燃料不可避免地被用來給剩余的燃料加速 。那我們能否額外給航天器提供燃料呢？

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