最有可能讓人類實現星際旅行的技術

人類對未知世界充滿好奇，對宇宙探索從未停止。星際旅行是人類極大的夢想，科學家一直在努力。

然而宇宙浩瀚，星際遙遠，要實現跨星際飛行，得突破宇宙飛船的速度，這就要求飛船必須擁有強大先進的推進系統。能夠支持這樣的推進系統技術中，有反物質發動機、曲速引擎、星際衝壓發動機、超空間發動機等。

其中，超空間發動機最有可能實現。為什麼呢？我們來對比一下：

反物質發動機：目前只是一種理論上的發動機，它使用反物質來推進宇宙飛船，具有極高的比衝量和推重比。它的好處是反物質的湮滅可以自動產生，不需要像核發動機的核反應那樣需要許多條件，所以就不需要很大的反應堆，可以減輕飛船重量。

不過，若想把理想變為現實，還有許多困難要克服。首先是製造它太消耗能量了，因為我們目前還沒有其他製造反物質的辦法，所以只能把湮滅過程反過來，使用粒子加速器，根據愛因斯坦的質能轉換公式從能量中製造出反物質(以基本粒子的形態產生)。由於這個原因，現在全球每年才能製造出1百億分之一克的反物質，這點反物質還不夠加熱一杯咖啡。

另外一個障礙是儲存，因為反物質只要遇到正物質立刻就會湮滅爆炸，所以我們無法使用任何正物質製作的容器來存放它，現在都是通過磁場來保存這些反物質基本粒子。使用最多的是超冷真空的彭寧離子阱(Penning trap)，這是種可以便攜運輸的反質子存放裝置，利用迭加電磁場來存放質子，但正電子難以用這種方式存放。

曲速引擎：曲率引擎是一種超光速推進系統，曲速技術設想通過在宇宙飛船周圍出了一種正常時空的人工「氣泡」，使得飛船可以安全的以快於光速的幾個數量級的速度航行，同時又迴避了時間膨脹的相對論性的問題。

2015年5月，美國宇航局的科學家已經開展了對曲速引擎的研究工作，並對這種科幻級的動力系統進行了測試。這一消息公布後引發了多方關注，支持者認為曲速引擎的研發能夠讓我們不帶笨重的燃料前往宇宙深處，甚至能夠比光速運行得還快。這聽起來似乎非常棒，這個的工作室位於美國宇航局約翰遜航天中心Eagleworks實驗室，首席科學家為Harold White博士，他們已經通過一套被稱為EM drive的動力裝置獲得了推力。而這個裝置的原理，並非一般意義上靠扭曲時空行進的「曲速引擎」。

EM drive的工作原理實際上是通過電磁波在一個圓錐形金屬封閉空間內產生的一部分能量，外界認為這個想法存在原則問題，即違反了物理學上的動量守恆。這就像你坐著汽車駕駛座上推動儀錶盤，汽車就會前進。科學家認為Eagleworks實驗室的方案仍然有待解決。在此前的測試中，物理學家沒有在真空環境中運行這套系統，而且實驗設置可能還存在問題。而更大的問題是，該實驗背後的數學和物理原理目前還不完善，甚至可能並不存在。

星際衝壓發動機：星際衝壓發動機又稱巴薩德衝壓發動機，因為它是美國物理家巴薩德(Robert W. Bussard)在1960提出來的，典型的巴薩德衝壓發動機其實也是一種核聚變發動機。星際衝壓發動機的飛船可以不犧牲靈活性而解決燃料攜帶方面的問題。因為核聚變的燃料氫在星際空間中到處都是，只要在飛行的途中把它們搜集起來送進反應爐中就可以了。

但是它有幾個難點：

第一，這個飛船的速度必須首先達到光速的6%才能讓發動機開始工作，因為只有達到這個速度，才能讓氫收集器收集到足夠的氫作為燃料；可是光速的6%，也就是每小時6400萬公里的速度對於現在的人類技術來說實在是個遙不可及的目標。

第二，我們目前的技術無法使用普通的氫來進行熱核反應，所收集到的氫中，只有1%是適合能作為燃料使用的氫同位素氘和氚，也就是說絕大部分都是谷糠只有小部分才是米，這會讓加速度根本達不到1g，而可能僅僅是地球重力加速度的1/1000而已。

第三，如此，這個磁場漏斗的直徑需要高達5萬公里以獲取足夠的燃料，但當高速飛行的時候，這個磁場將產生巨大的拖滯效果，就如同我們推著一個大木盆游泳時的效果一樣，通過計算，這樣的飛船其實無法達到接近光速的速度，最多只能達到光速的16%，雖然這也是相當高的速度，但要想在宇航員有生之年環遊宇宙就成了泡影。

第四，這個磁場如何運作也有難點，因為當磁場的磁力線在燃料收集口匯聚到一起的時候，磁場就開始把所有的離子彈開而不是繼續拉進來，結果這個磁場漏斗變成了個磁力瓶，把星際物質收到飛船前面變成一個圓錐體，但卻阻止它們作為燃料注入發動機。一個解決辦法可以是利用脈衝磁場，不斷展開和中斷，但這個應用方式卻有相當大的難度。

第五，這個飛船需要提供大量能量給磁場以及電子束或者激光，對於一艘無人飛船來說，磁場要超過1千萬特斯拉(特斯拉：磁通量密度的國際單位，等於一韋伯/平方米)，產生這樣的磁場無疑需要巨大的能量，更不用提用來將大範圍的原子電離的激光或者電子束了。

第六，星際物質中除了氫外還混合大量的其他原子以至分子，對於熱核反應會起什麼影響還不知道。

超空間發動機：《蘇格蘭人報》和《新科學家》報道，美國空軍和NASA目前正在秘密研究一種史無前例的飛行動力裝置———「超空間發動機」。據稱，這類發動機可以實現人類星際旅行的夢想，到達火星只需要三小時。

據悉，「超空間發動機」的理論基礎，來自上世紀50年代已故德國物理學家巴克哈德·海姆首次提出的一個頗具爭議的宇宙構造理論。該理論稱：

如果能由「超空間發動機」創造一個足夠強大的磁場或重力場，那麼身處其間的物體（如太空船）就將「進入」另一個完全不同的「多維空間」。而在「多維空間」中，光速將比目前的快許多倍，從而太空船也將以「難以置信的高速」飛行。當飛行結束、關掉「超空間發動機」所創造的磁場後，太空船將重新返回我們目前所處的三維空間。

郝瑟教授警告稱：

超空間發動機的實驗目前仍是建立在一個頗具爭議性的理論之上，而該理論是對當前物理學法則的重大挑戰，迄今為止仍有許多科學家對此持不同意見。我致力於研究飛行推進系統已經多年，這無疑將是最令人吃驚的事情。而它所帶來的效益也將是無法估量的。但是，超空間發動機目前仍處於假想中，我們首先必須證明它所依據的科學原理是正確的，然後才能發明超空間發動機。

不過，郝瑟教授頗有信心地表示，一旦證明「超空間發動機」的確可行，那麼人類太空船將完全可以靠它在不同的星際間自由旅行。郝瑟教授稱：「如果這一理論是正確的的，那麼『超空間發動機』將不是科幻小說，而將成為科學事實。」

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