突破摄星计划中，什么样的技术才能让探测器加速到光速的20%？ _光速

突破摄星计划中，什么样的技术才能让探测器加速到光速的20%？

要说二十一世纪以来地外生命搜寻上最大的展望，其一必须是系外宜居行星的发现，其二则是从虚无缥缈的SETI转向了生物印记的探测，而在两个展望中加入的一个Breakthrough Initiatives（突破倡议）则更让人思绪万千，因为突破系列中包含一个人类将向半人马座三星系发射探测器的计划，它将以光速20%的速度冲向比邻星！

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【突破摄星计划中，什么样的技术才能让探测器加速到光速的20%？】

从SETI计划到技术印记

地外文明搜寻中，SETI计划是绕不过去的存在，最早从奥兹玛计划开始，一直到今天为止，SETI计划仍然还在展开，但在SETI计划发展上，遭遇了几次重大变革，甚至差一点让SETI计划夭折！

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最早用射电望远镜搜索地外文明的是法兰克·德雷克，最早向地外文明发射信号（阿雷西博信息）的也是这位老兄，他组织牵头的SETI计划鼎盛时期曾经有无数射电望远镜指向天空搜索地外文明信号！但SETI计划一直不顺：

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1978年NASA开始正式拨款赞助SETI计划，但在1981年民主党参议员威廉·普罗克斯迈尔提了个修正案，否决了NASA的对SETI计划资助。最后卡尔萨根凭个人超高的人气影响才让华盛顿继续同意对SETI计划的拨款。

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SETI计划的生死存亡时刻是1993 年，民主党参议员理查德·布莱恩继续提了个法案，砍掉了当时已经将名字修正为“高分辨率微波巡天”（HRMS），自此SETI计划进入低谷，甚至一度难以为继！

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SETI 研究所创始所长吉尔·塔特

《超时空接触》中女科学家的原型SETI 研究所创始人吉尔·塔特称，SETI计划自1993年后就成了再也不说的那几个单词，否则就会引起政客们歇斯底里的反对，而自上世纪九十年代以来，因为将近三十年无建树的SETI计划，其实已经逐渐转向更务实的生物印记搜寻！

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涉及“生物印记”的诸多研究对象

这包括论证和寻找尚处在原始形式的生命留下的可探测特征，比如搜寻系外行星大气层中氧气的光谱特征（大规模氧气富集被认为可能来自生物成因）、在火星表面采集并分析土壤化学成分等，而2018年时吉尔·塔特提出了以技术印记（Technosignature）来彻底取代SETI！

突破摄星计划

上文就是2016年4月，俄罗斯亿万富翁尤里·米尔纳宣布创立Breakthrough Starshot（突破摄星）计划以前SETI计划的历史和现状，可以说来得比较时候，生物印记探测已经早已展开，但仅限于被动研究，而突破摄星则是主动发射探测器到达比邻星，这无疑让已经掉沟里的地外文明搜寻计划注入了一剂强心针。

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突破摄星探测器目的地：Proxima b

何为突破摄星计划？

该计划的目的是用光帆携带克级的纳米飞行器，然后利用地面激光阵列持续不断照射光帆，直至将其加速到60,000 km/秒，也就是光速的20%，按此速度，这种克级的纳米飞行器将在20年内到达比邻星，通过减速入轨后，将在40年内人类即可收到探测器从比邻星传回的信息！

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毫无疑问，这可能是SETI计划以来最具开创性的计划之一，并且它利用的都是现有技术，从理论上来看它完全可以实现，但它仍如存在绕不过去的几个难题！

如何发射

发射纳米探测器首先需要将光帆加速的激光阵列，地面上建造成本相对比较低，但需要自适应技术克服大气湍流，而且必须考虑损耗，如果在轨道上建造，那么其计划肯定要遥遥无期！UCSB物理学教授Philip M. Lubin建议将激光阵列的发射波段设定为1060 nm，这早已是一种红外激光，肉眼是看不到的！

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哈佛大学天文学系系主任阿维·勒布和博士后扎克·曼彻斯特（Zac Manchester）计算出了光帆的形状，验证了其与激光束之间的相互作用，并且阿维·勒布还要求加入团队参与整体设计与研究工作。

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地面激光阵列

美国宇航局皮特·克鲁帕（Pete Klupar）认为在轨道上建设成本可能高达千亿美元，因此他认为在地面建设还比较现实一些，但资金缺口仍然高达百亿美元（俄罗斯富豪提供一亿美元，这已经不是个小数，但似乎还很遥远）。

如何减速

鲁宾（Lubin）的初步计算表明，如果地球上的相控阵激光阵列达到100GW，那么只需三分钟即可将纳米探测器光帆加速到20%光速，而事实上显然不能如此粗暴，只能缓慢加速以避免光帆在高G中撕裂。

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但另一个问题是如何减速，20%的光速只要42分钟即可穿过日地距离，到达比邻星也只有几十分钟可供探测，因此减速将会是探测器发射成功后最大的挑战。

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两位德国科学家RenéHeller和Michael Hippke提出了一个环绕半人马座三星系减速的方案，依次经过A星，B星最后到达目的地C星，在这个过程中，光帆会受到A星和B星辐射压的减速，高达100,000平方米的光帆将在环绕两颗恒星减速后进入C星的环绕轨道！

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但这个方案最终只是进入C星，也就是比邻星的恒星轨道，它将成为比邻星的小行星，仍然不足以到达比邻星的行星，但已经可以在轨道上与行星交会时探测行星数据，尽管机会不高，不过对于一个克级的探测器来说，这已经是一项史无前例的创举，如果成功，突破摄星计划将可以吹100年！

如何通讯

这个克级的探测器发射功率最高也就数瓦特（激光通信），我们是否能接收到比邻星那边传输的瓦特级信号？这仍如是一个未知数，但太空光学激光通信的最新进展使Starshot研究人员相当有信心，他们认为尽管信号非常微弱，但在巨型相控阵激光接收阵列中，来自4光年外的窄带激光信号会被准确的从恒星背景辐射中被分离出来！