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纵观人类历史 ， 踏上星际之旅一直是一个看似遥不可及的梦想 。 其中一个原因是传统火箭的效率相对较低 ， 远不足以在人类一生中到达另一颗恒星 。 即使当下最先进的离子推进器 ， 时速达2.4万公里 ， 抵达离地球最近的星系、约4光年的“半人马座阿尔法星”（Alpha Centauri）也需要18000年 。
但还有另一种选择：早在19世纪 ， 科学家们就梦想制造带有光帆的航天器 ， 目标是从反射的阳光中获得推进力 ， 或者从地面发射强大的激光来加速航天器 。
而随着航天工业的指数级发展以及雄心勃勃的火星登陆目标 ， 光帆驱动的推进方式很可能会成为现实 。 美国的“突破摄星”（Breakthrough Starshot）、“蜻蜓计划”（Project Dragonfly）和“天琴座计划”（Project Lyra）加入研究行列 ， 其中“突破摄星”已进入到实验模块构建阶段 。
光速的20% ， 20年内到达阿尔法星！
我们现在离开地球的唯一方法是通过火箭科学：燃料和能量被消耗 ， 产生推力 ， 而推力使航天器加速 。 通过与其他大质量物体的引力相遇 ， 例如我们太阳系内的行星 ， 我们可以给这些航天器额外“推一把” ， 将它们加速到更高的速度 。
从根本上说 ， 火箭本身的推力是有限的 ， 因为它们使用化学燃料 。 当你根据化学反应提取能量时 ， 电子和原子结合在一起的转变会释放能量 ， 而能量只是所涉及的总质量的极小部分：大约百万分之一的质量可以转化为能量 。
如果我们能够利用更高效的燃料 ， 例如涉及核反应或反物质湮灭方式 ， 就有可能将更多的火箭机载质量转化为能量 ， 从而使我们能够达到更高的速度并缩短前往遥远的旅程目的地 。 然而 ， 到目前为止该技术尚不存在 ， 因此实际的太空旅行受到这些因素的限制 。
【美国研发20%光速探测器，20年内到达阿尔法星，会是天方夜谭吗？】得益于过去几十年激光技术的进步：单个激光器的功率输出量以及激光器可以实现的准直水平都大幅增加 ， 而高功率激光器的成本随着这些发展而下降 。 上世纪90年代初提出的“光帆驱动”概念被“突破摄星”计划科学家重新研究 ， 于2016年提出了一种定向能量阵列的设计 ， 该阵列由位于地球表面的数百万个单独的激光器组成 。
根据“突破摄星”展示的方案是：在太空中构建了一系列高功率激光器 。 基于纳米技术的航天器被建造出来 ， 并附在一个薄、轻、高反射但坚固、4x4米的“帆”上 ， 其中航天器和帆的总质量加起来只有大约一克 。 然后 ， 激光阵列一次向一艘纳米飞船发射 ， 将其向一个方向加速 ， 将航天器的速度加速到光速的20% ， 使其能够在 20 年内到达阿尔法星 ， 最后将掠过瞬间拍下的照片传回地球 。
开创该项目的物理学家罗伯特·沃德（Robert Ward）表示 ， 项目估计所需的激光器数量约为 1 亿个 ， 但这计划一个重要部分是激光阵列的协调性是关键 ， 特别是设计一个让所有激光器作为一个整体的系统 。 毕竟采用高功率激光照射一个只有几米的小型空间探测器 ， 一定程度上存在很大困难 。
据悉 ， 目前“激光帆”的概念和算法已经完成 ， 接下来就是在受控的实验室环境中开始测试一些基本构建模块 。 当然 ， 由于技术的限制 ， 离“激光帆”的成型和测试还有一段很长的路要走 。
“激光帆”能在旅途中幸存下来吗？
不得不说 ， “激光帆”的概念虽说有点天方夜谭的意思 ， 但确实是一种科学创新 。 不过也有很多科学家质疑它的可行性 ， 毕竟速度加速到光速的20% ， 什么材料制造的探测器才能抵挡星际介质中的粒子的撞击呢？
假设技术上的障碍可以克服 ， “激光帆”成功制造 ， 甚至速度也达到了我们想要的速度：光速的 20% 。 这里需要注意 ， 这速度大约是恒星穿过我们银河系的速度的 300 倍 ， 或者是恒星穿过星际介质的相对速度的几千倍 。
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