美国宇航局选择了一个疯狂的计划，用数千个微小的探测器“蜂拥而至”比邻星

几代人以来，人类一直梦想着前往其他恒星系统并踏上外星世界。委婉地说，星际探索是一项非常艰巨的任务。

正如《今日宇宙》在以前的文章，航天器需要19,000到81,000年才能使用常规推进（或使用当前技术可行的推进）到达比邻星。最重要的是，在星际介质（ISM）中旅行时存在许多风险，但并非所有风险都得到了很好的理解。

在这种情况下，依靠定向能量推进（AKA激光）的克级航天器似乎是本世纪到达邻近恒星的唯一可行选择。

建议的概念包括蜂拥而至的比邻星，两者之间的协作努力太空倡议公司和星际研究倡议（i4is）由太空计划首席科学家领导马歇尔·尤班克斯.该概念最近被选为第一阶段开发作为今年的一部分美国宇航局创新先进概念（NIAC）计划。

根据尤班克斯的说法，穿越星际空间是一个距离、能量和速度的问题。在距离太阳系4.25光年（40万亿公里;25万亿英里）的地方，即使是比邻星也远得不可思议。

从这个角度来看，航天器有史以来最远距离的记录是旅行者1号太空探测器，目前距离地球超过240亿公里（150亿英里）。使用传统方法，探测器的最高速度为61,500公里/小时（38,215英里/小时），并且已经连续行驶了46年以上。

简而言之，以低于相对论速度（光速的一小部分）的速度旅行将使星际凌日变得非常漫长且完全不切实际。考虑到这需要的能量需求，除了最大质量为几克的小型航天器之外，其他任何东西都是可行的。正如尤班克斯通过电子邮件告诉《今日宇宙》的那样：

“当然，火箭是一种常见的快速方式。火箭的工作原理是将“东西”（通常是热气体）从后面扔出去，东西向后移动的动量等于车辆向前方向的速度增加的动量。火箭的本质是，只有当东西向后移动的速度与你想要获得的速度相当时，它才真正有效。如果不是，如果它非常小，你就无法携带足够的东西来获得你想要的速度。

“问题在于，我们没有技术 - 没有能源 - 使我们能够以60,000公里/秒的速度抛出很多东西，因此火箭将无法工作。反物质可以想象，这可能使这一点成为可能，但我们只是对反物质的了解不够好 - 并且无法使它成为解决方案，可能在未来几十年内。

相比之下，像Breakthrough Starshot和Proxima Swarm这样的概念包括“反转火箭”——也就是说，不是扔东西，而是向航天器扔东西。光帆的能量来源不是构成大多数传统火箭的重型推进剂，而是照片（没有质量并以光速移动）。

但正如尤班克斯所指出的那样，这并不能克服能源问题，这使得航天器尽可能小变得更加重要。

“因此，从激光帆上反射光子解决了速度问题，”他说。

“但问题是，光子中没有太多的动量，所以我们需要一个很多其中。考虑到我们可能拥有的功率，即使从现在起几十年后，推力也会很弱，所以探测器的质量需要非常小——克，而不是吨。

他们的提议要求一个100吉瓦（GW）的激光束器，用激光帆将数千个克级太空探测器提升到相对论速度（~10-20%的光）。他们还提出了一系列面积为平方公里（0.386 英里）的地面光桶²）的直径，以便在探测器到达比邻星的途中捕捉到来自探测器的光信号（通信变得更加困难）。

根据他们的估计，这个任务概念可能在本世纪中叶左右准备好开发，并可能到达比邻星及其类似地球的系外行星（比邻星 b）到本世纪第三季度（2075年或之后）。

Swarm Proxima Centauri项目的图形描述。(托马斯·尤班克斯/美国宇航局)

在一个以前的论文，尤班克斯和他的同事们展示了一支由一千艘航天器组成的舰队如何克服星际旅行带来的困难，并通过群体动力学保持与地球的通信。

“通过将收集区域提高到可行的 1 公里²并且让许多探头协调它们的发送，我们可以获得合理的（如果更小）比特率，“他补充道。

然而，星际距离和广义相对论使得无法从地球远程控制探测器。

因此，在导航（协调一千个探测器）和决定将哪些数据返回地球时，蜂群必须具有非凡的自主性。虽然这些策略解决了距离、能量和速度问题（至少目前是这样），但仍然存在创建群体和相关基础设施的成本问题。

最大的一笔开支将是激光阵列本身，而克级飞行器的生产成本相当低。正如尤班克斯告诉《今日宇宙》的那样以前的文章，他们的提案可以在1000亿美元的预算下制定。

但正如尤班克斯（当时和现在）所强调的那样，他们所设想的任务架构的好处是巨大的，向比邻星发送大量探测器的回报将是天文数字：

“一个简单的事实是，激光推进的星际任务的成本，使用轻型探测器和巨大的激光系统将它们推向恒星，将由资本成本主导 - 激光系统的成本。
“相比之下，探针本身将非常便宜。所以，如果你能发送一个，你应该发送很多。显然，发送大量探测器会带来冗余的优势。
“太空旅行是有风险的，星际旅行可能特别危险，所以如果我们发送大量探测器，我们可以容忍高损失率。但我们可以做得更多。