世界上最小的航天器有多小？

長 3.5cm，寬 3.5cm，重量僅為 4g。

（圖片來自 twitter @Breakthrough）

這個世界上最小的航天器名為「精靈（Sprites）」，雖然只有郵票大，但包含了太陽能板、微型控制系統、陀螺儀、磁力計、天線等，運轉功率為 100 毫瓦，是目前世界上最小的全功能空間探測器。6 月 23 日發射升空的「精靈」，已於 7 月底進入近地軌道。

微型航天器的星際旅行目的地，是三體人的家鄉

「精靈」是著名地外生命探索組織 「突破計劃」（Breakthrough Initiatives） 的一個項目成果。2016 年，由史蒂芬 · 霍金宣布「突破計劃」啟動一個新的外星生命探索項目，名為「突破攝星」（Breakthrough Starshot），計劃向距離我們最近的恆星系半人馬座阿爾法星（Alpha Centauri，又稱南門二）發射大量的微型星際航天器。

而微型航天器「精靈」進入近地軌道，是該項目的一個突破性進展。

半人馬座阿爾法星系中的兩顆恆星，右上為太陽系，L. Cal?ada/Nick Risinger 製作

半人馬座阿爾法星系統包括三顆恆星，其中一顆恆星——比鄰星，是距離太陽系最近的恆星。電影《阿凡達》的故事，就發生在半人馬座阿爾法星系的潘多拉星球中，2154 年人類已經能夠前往那裡開採稀有礦產了。在劉慈欣的科幻小說《三體》里，半人馬座阿爾法星也是三體人的故鄉。

（半人馬座阿爾法星系的生命可能長這樣？圖片來自：電影《阿凡達》）

半人馬座的比鄰星距離太陽約 4.22 光年，沒錯，這就是太陽系與另一顆恆星最近的距離。微型航天器發射後，最終以光速 20% 的速度，也就是 59546 km/s 的速度飛行，並進行長達 20 年的星際旅行才能到達半人馬座阿爾法星，這個科幻故事經常講到的地方。

如果計劃順利，航天器將在本世紀內傳回那裡的相關信息。這是地球上不少太空迷們有生之年的等待。

（「突破攝星」原理動畫，航天器在太空中穿梭）

1977 年發射的「旅行者 1 號」探測器，足足用了 35 年時間才飛到太陽系邊緣。作為地球上目前走得最遠的物體，它的飛行速度相對廣袤的宇宙，依然是太慢太慢了。

扎克 · 曼切斯特（Zac Manchester）是負責設計這個航天器的工程師，這個小小的「精靈」，傾注了他將近十年的心血。在 Gizmodo 的採訪中，他說：

最初我們要做的就是儘可能縮小航天器的尺寸，但在保證航天器能發揮作用的前提下，它究竟可以變得多小呢？我們面臨的一個挑戰是，儘可能小的航天器，怎樣才能獲取足夠的能量向地球傳回我們所需要的信息。

他還說到，現在的「精靈」只是實驗性的航天器原型，他所做的工作也只是這個探索項目的初始工作。

目前已經有 2 個「精靈」進入了近地軌道，被系在拉脫維亞文塔衛星（Venta）和義大利馬克斯 · 瓦利爾衛星（Max Valier）旁邊。還有 4 個「精靈」在馬克斯 · 瓦利爾衛星內，待解決通信故障後就會按原計劃放出。

星際旅行的交通工具，重點是光帆

（「突破攝星」原理動畫）

這次發射的「精靈」，還不是進行星際旅行飛往半人馬座的那一批探測器。因為按照原計劃，真正飛往半人馬系阿爾法星的微型航天器，會搭載光帆，由地球上一千億瓦特的激光對光帆進行推進加速，讓航天器在兩分鐘內加速到光速 20%。

（被加速的太陽帆原理圖，圖片來自：Breakthrough Initiatives）

在大海中航行的帆船，風是動力。在外太空中航行的宇宙飛船，光是動力。帆船的帆，與宇宙飛船的帆，都是利用壓差前進。

光帆（使用太陽作為光源時可稱為太陽帆）依靠光的輻射差前進，只要有光就能繼續運作和飛行。因此微型航天器不需要攜帶燃料升空，能夠儘可能縮小自身的體積。

（《星球大戰前傳》中的光帆宇宙飛船，圖片來自：wikia.com）

在《星球大戰前傳：克隆人的進攻》中，杜庫伯爵乘坐的星際交通工具就是吉奧諾西斯太陽帆船（Geonosian Solar Sailer）。吉奧諾西斯太陽帆船的外殼打開後，能夠張開巨大的太陽帆，通過聚集高能粒子風來產生推進力。在《三體》中，作者也描述了一架能夠載人的輻射帆飛船，飛行原理與光帆類似。

（《太陽帆船》插圖）

更早的光帆科幻故事可以追溯到 1963 年，阿瑟 · 克拉克出版了一本科幻小說《太陽帆船（Sunjammer）》，講述了這樣一個故事：

主人公約翰 · 默頓是一個飛船設計師，參加了一場從地球到月球的太陽帆船比賽。比賽開始後，七艘帆船開始散開，宛如蒲公英一樣在太空中飄蕩。在漫長的飛行過程中，默頓睡著了，他的「黛安娜」號帆船遭到競爭對手破壞，在最後關頭，不得不捨棄帆船，眼看著自己的帆船飛向宇宙深處。

『他永遠不能贏得飛往月球的比賽了，但他的帆船卻將是飛行在星際漫長航程上的第一艘人造太陽帆船。』

光帆早已從科幻成為現實，但「突破攝星」計劃中的光帆需要在布滿灰塵、氣體、宇宙射線的星際介質中，連續飛行至少 4 個光年，依然保持完整和運作正常，這依然是個巨大的挑戰。歷史上已經有不少光帆宇宙飛船失敗的案例，包括宇宙 1 號、光帆-A（LightSail-A）等。

(「伊卡洛斯」號的太陽帆，圖片來自：日本宇宙航空研究開發機構)

目前成功發射的光帆航天器是日本 2010 年的「伊卡洛斯」號，其光帆對角線長度為 20 米，由聚醯亞胺樹脂材料製成，厚度為 0.0075 毫米。它在飛行中通過保持旋轉，利用離心力使帆保持張開，並於 2011 年完成了利用太陽光實現加速、修正軌道等多個實驗項目。

去年 4 月 13 日，霍金在啟動「突破攝星」計劃時說：

愛因斯坦曾經幻想在宇宙中乘著一道光線飛馳，這個思想實驗為他的狹義相對論奠定了基礎。一個多世紀後，我們有機會可以達到光速的一小部分：一億英里每小時。只有通過這麼快的速度，我們才有希望在人類的時間尺度內到達那些恆星。

另一位項目發起人尤里 · 米爾納（Yuri Milner），俄羅斯投資大鱷、全球投資基金 DST Global 的創始人，則講到了製作成本，他說：

將來微型航天器能夠實現量產，並且單個製造成本相當於一部蘋果手機。

此外，馬克 · 扎克伯格也是該計劃的董事會成員之一。

「突破計劃」有個你也能參加的太空探索眾包計劃

「突破計劃」最初在 2015 年由霍金和尤里牽頭成立，在發布會上，霍金向世人宣稱，宇宙中一定存在其他生命，我們只是需要花費時間去尋找他們而已。

目前整個計劃包括「突破攝星」、「突破聆聽」、「突破訊息」、「突破觀察」四個項目。

突破攝星（Breakthrough Starshot）

（預想中的半人馬座宜居星球圖片，圖片來自：Breakthrough Initiatives）

正如前文所述，此項目計劃向半人馬座阿爾法星發射微型航天器，讓其以五分之一的光速飛行，飛行二十年後向地球發回那裡圖片。

突破聆聽（Breakthrough Listen）

該項目於 2015 年 7 月啟動，通過藉助全球最大的天文望遠鏡，北半球的綠岸射電望遠鏡（Robert C. Byrd Green Bank）和南半球的帕克斯射電望遠鏡（ Parkes Radio Telescope ），聯合美國加州力克天文台的行星自動搜尋望遠鏡，對 100 萬顆恆星和 100 個外星系進行探測，並將這三個天文望遠鏡的數據完全向公眾開放。計劃將歷時 10 年，預算為 1 億美元。

由於這三個天文望遠鏡一直在產生海量的數據，該項目還有一個眾包項目，地球上能夠聯網的人群，都可以將自己電腦和智能手機的空閑計算能力去協助處理觀測數據，只需要下載使用一個名為 「SETI @ home」 的程序就可以成為參與探索外太空的志願者。

突破訊息（Breakthrough Message）

（電影《降臨》中外星人的溝通方式）

這是其中最為特殊的一個項目——一項獎金為 100 萬美元的競賽，鼓勵人們探索可以用於星際生命之間對話的表達方式，並討論往外太空發送消息這個行為的倫理和哲學問題。

我們有什麼方式可以直接跟外星人對話？我們是否應該主動向外星人發送消息？在宇宙中，人類是什麼角色？在什麼位置？要去哪裡？……在這些問題沒有得到廣泛討論和高度結論之前，他們不會往外太空發送任何消息。《三體》的黑暗森林法則也告訴我們，先別貿然暴露自己。

突破觀察（Breakthrough Watch）

（圖片來自：Breakthrough Initiatives）

這個項目主要任務是在半人馬座和地球 20 光年以內範圍內，尋找類地行星，並搜尋它們是否存在氧氣和其他生命跡象。

2016 年 8 月，歐洲南方天文台淡紅點天文小組（the Pale Red Dot team）在半人馬座比鄰星周圍，發現了一顆類地的行星。經過觀測和計算，這顆小行星在比鄰星的宜居帶內，溫度適宜，並且極大可能存在液態水。

可以說，這個項目與「突破攝星」、「突破聆聽」緊密相連，因為如果一個星球宜居，那麼它必將是微型星際航天器登陸的首要目的地，也是天文望遠鏡始終對準的目標。

地球以外有數千億顆行星，銀河系以外還有千億個星系，這是目前我們所知道的宇宙。人類棲身於地球一隅，置身於正在加速膨脹的宇宙，微小如宇宙的塵埃，每日忙碌，往往不會意識到，自己正處在一個驚人和神秘的空間與時空中。

（2015 年新視野號飛掠冥王星拍下其近照）

我們圍觀過神州 7 號發射的直播，看過新視野號飛行 9 年、50 億公里拍下的冥王星心形近照，或許在有生之年看到第一張半人馬座阿爾法星系星體的近照時，可以笑著說下，霍金髮起的那個外太空生命探索計劃，我也貢獻過一點點力量。

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