飛出太陽系的希望：三種太空推進系統，能幫助人類抵達其他的恒星

人類的夢想是星辰大海，想要實現這個夢想，我們首先要考慮的就是怎麼樣才能從太陽系中飛出去，盡管這看上去很難，但飛出太陽系的希望還是存在的，因為有三種強大的太空推進系統，在技術成熟的情況下，都能幫助人類抵達其他的恒星。

簡單來講，太空推進系統的工作原理就是：推進系統向後噴出物質，並因為動量守恒而獲得前進的推力。我們知道，動量表示為物體的質量和速度的乘積，因此在質量相同的情況下，推進系統噴出的物質速度越快，其獲得的推力就越強勁。

人類現在常用的化學火箭推進系統，有一個很大的問題，那就是它噴出物質的速度太低，即使是理論上的極限值，也不會超過每秒10公裏，在這種情況下，它就不得不攜帶大量的燃料，然而燃料本身也是有質量的，這無疑又進一步降低了它的推進效率。

所以如果我們想要飛得更遠，就需要將物質以更快的速度噴出去，在可以預見的未來裏，有三種推進系統都可以滿足這個條件，下面我們就來簡單了解一下。

離子推進系統

離子推進的原理可以簡單地描述為，利用電場來將帶電粒子加速到很高的速度，並將其噴出去。實際上，人類目前已初步開始使用離子推進系統，即使以現有的技術，其噴出物質的速度都可以高達每秒200公裏以上，這種速度顯然比化學火箭快得多。

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現有的離子推進系統有一個缺點，那就是它噴出物質的質量不夠大，因此其產生的推力很小，這就意味著，現有的離子推進系統不能給飛船提供足夠大的加速度，所以它想要達到特定的速度，會需要很長的時間。不過這種缺點並不是不可以彌補，這就要說第二種太空推進系統了。

核動力推進系統

顧名思義，核動力推進系統就是以核能作為動力的推進系統，總的來講，核能可以通過核裂變和核聚變來獲取，從長遠來看，核聚變的前景要廣闊得多，畢竟核聚變的原料更加容易獲取，其單位質量產生的能量也比核裂變更高。

核動力推進系統有兩種可行的推進方式，一種被稱為“熱核推進”，就是利用核反應堆產生的能量直接將物質噴出去，從理論上來講，核聚變產生的能量，能夠使噴出物質的速度達到每秒1萬公裏左右，其推進效率可想而知。

另一種方式被稱為“核電推進”，其工作原理就是利用核反應堆來發電，進而為離子推進系統提供電能，而有了強大的電能，離子推進系統就可以在單位時間裏噴出質量更大的物質，與此同時，其噴出物質的速度也將大幅提升，具體提升到什麼程度，主要是看核反應堆的發電效率。

從理論上來講，基於可控核聚變的核動力推進系統，在不從外界獲取核燃料的情況下，有望將飛船加速到光速的15%，以這樣的速度，只需要幾年的時間就可以飛出太陽系。好的，我們接著說第三種太空推進系統。

光子推進系統

前面提到的兩種推進系統噴出物質的速度再快，也不可能達到光速，而光子本身的速度就是光速，雖然光子沒有靜質量，但它們卻有動量，這就意味著，我們可以是利用光子來產生推力的。

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可以想象的是，如果我們在飛船裝上一個光源，那麼當它向後方發射光子時，就可以推動飛船前進，只要光源足夠強大，並且能夠持續地運行，那麼飛船就可以不斷地加速，甚至無限接近光速，但遺憾的是，在可以預見的未來裏，我們根本無法制造出如此強大的光源。

不過，有另一種利用光子來推動飛船的概念，它更加實際和可行，那就是“光帆”。“光帆”就是利用太陽光或者其他強烈的光源來給飛船提供動力的裝置，我們可以簡單地將其理解為，“光帆”與我們常見的船帆類似，只不過船帆受到的壓力是風壓，而“光帆”受到的壓力是“光壓”。

需要知道的是，“光帆”並不是只存在於想象之中，在過去的日子裏，科學家已經通過多次太空實驗驗證了“光帆”技術的可行性。

除此之外，由霍金於2016年啟動的“突破攝星”計劃，也采用了這種推進系統，該計劃旨在利用部署在地球附近的激光陣列，將一種大概有普通郵票那麼大的納米飛行器加速到光速的20%，並在飛行大約20年後抵達比鄰星。

小結

盡管從目前的情況來看，人類想要飛出太陽系還不現實，但我們仍然可以樂觀地相信，隨著科技的技術的不斷進步，遲早有一天，人類可以真正地進入浩瀚的星辰大海。