飞向恒星的希望：三种太空推进系统，助力人类抵达其他星系

人类的梦想是到达星际，而我们首先需要考虑的是如何飞出太阳系。虽然这看起来很困难，但飞出太阳系还是有希望的，因为有三种强大的太空推进系统，当技术成熟时，它们都能够帮助人类到达其他恒星。简单地说，空间推进系统的工作原理是：由于动量守恒，推进系统向后喷射物质，向前获得动量。我们知道，动量是物体质量与速度的乘积，因此，在质量相同的情况下，推进系统喷射物质的速度越快，它获得的推力越大。如今人类广泛使用的化学火箭的推进系统的一个大问题是，它们喷射物质的速度很低，即使在理论上的极限，也不超过每秒10公里，在这种情况下，它必须携带大量的燃料，而燃料本身也有质量，这无疑进一步降低了其推进效率。

因此，如果你想飞得更远，你必须以更快的速度喷射出物质。在可预见的未来，有三种推进系统可以满足这一条件，我们将在下文中简要介绍一下。离子推进系统，离子推进的原理可以简单描述为：利用电场将带电粒子加速到高速并喷射出去。事实上，现在已经初步使用了离子推进系统，即使是目前的技术，也能以每秒200公里以上的速度喷射出物质，这显然比化学火箭快得多。现有的离子推进系统的一个缺点是，它没有喷射出足够的质量，因此产生的推力非常小。

然而，这个缺点并不是不可克服的，这就把我们带到了第二类空间推进系统。核动力推进系统，顾名思义，核推进系统是由核能驱动的推进系统。广义上讲，核能可以通过核裂变和核聚变获得，从长远来看，核聚变更有前途--毕竟，核聚变的原材料更容易获得，而且每单位质量产生的能量比核裂变更大。核推进系统有两种可能的推进方法：一种被称为热核推进，它利用核反应堆产生的能量直接喷射物质，从理论上讲，核聚变产生的能量能够以每秒约10000公里的速度喷射物质，因此推进效率可想而知。

另一种方法被称为核推进，其工作原理是利用核反应堆发电，为离子推进系统提供动力，有了强大的电力，离子推进系统可以在单位时间内喷射出更多的质量，同时喷射出的物质的速度也会大大增加，因为能达到的程度取决于核反应堆的发电效率。理论上，基于可控核聚变的核推进系统，在不从外部获得核燃料的情况下，可以将航天器加速到光速的15%，在这样的速度下，只需要几年时间就可以飞出太阳系。好了，让我们继续讨论第三类空间推进系统。

光子推进系统，虽然前面提到的两种推进系统发射物质的速度不超过光速，但光子以光速飞行，虽然它们没有静态质量，但它们有动量，这意味着我们可以利用光子来产生动量。可以想象，如果我们在航天器上放一个光源，当它向后方发射光子时，可以推动航天器前进，只要光源足够强大，可以连续运行，航天器就可以继续加速，甚至无限接近光速，但不幸的是，在可预见的未来，我们无法制造这样一个强大的光源。然而，还有一个利用光子来推动飞船的概念更为实际和可行：光帆。

光帆是一种利用太阳光或其他强光源来推动船只的装置。光帆上的压力是风压，而光帆上的压力是光压。要知道，光帆并不是凭空想象出来的，因为科学家在过去已经通过各种太空实验证明了光帆技术的可行性。此外，霍金在2016年发起的突破摄政项目也采用了这种推进系统，该项目旨在利用部署在地球附近的激光阵列，以20%的光速加速一个大约只有邮票大小的纳米车辆，并在飞行约20年后到达Proxima。虽然人类能够飞出太阳系还不现实，但我们可以乐观地认为，随着技术的不断进步，人类迟早能够真正进入浩瀚的星辰海洋。