一起來看看這個霍金、Mark Zuckerberg都支持的,獲1億美元投資的“正經”空間計劃

虎嗅網 於 06/05/2016 發表 收藏文章

你看霍金微博上貼出來的這個計劃的想象圖,跟《科幻世界》封面是不是很像?
你可能已經知道霍金最近在新浪微博上開通了賬號,而且他剛開通微博就開始向中國觀眾忽悠一個要飛到另外一個星系的“突破攝星”(Breakthrough Starshot)計劃,不知道你什麼感覺,反正我一開始是當科幻故事看的。

霍金的微博是這樣寫的:“在一代人的時間內,‘突破攝星’旨在研發出一台‘納米飛行器’ —— 一台質量為克級的自動化太空探測器—— 並且通過光束把它推動到五分之一的光速。如果我們成功的話,這個飛掠任務將會在發射後二十年左右到達半人馬座阿爾發星,併發送回來在那個星系中發現的行星的圖片。”

考慮到霍金以前經常忽悠黑洞和時間簡史什麼的,我當時對他這個微博一笑了之。我好歹是個正經學空間物理的科研工作者。

但是後來我在《Nature》和《Science》期刊網站上都看到了嚴肅介紹這個“突破攝星”計劃的報道,發現居然真的有人已經給它投了1億美金,並且這個計劃還獲得了諸多大佬的支持,我就笑不出來了,人家當真是打算把這個計劃作為一個事業認真做的樣子。

先看看“突破攝星”計劃的支持者都有誰

Facebook創始人馬克·Mark Zuckerberg(Mark Zuckerberg)、英國著名理論物理學家斯蒂芬·霍金(Stephen
Hawking)。這兩個支持者肯定虎嗅的讀者都認識,就不介紹了。

普林斯頓大學著名物理學家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)。這位大佬從1953年開始就擔任普林斯頓高等研究院教授,是愛因斯坦的同事,量子電動力學的重要創建者之一——可以説是現在仍然活着的最有聲望的科學家之一。

去年退休的NASA艾姆斯研究中心(ARC)主任皮特·沃登(Pete Worden)。他現在負責管理“突破攝星”計劃,以前他的身份大概相當於中國航天局下屬的一個研究中心主任。當然,NASA(美國國家航空航天局)跟中國航天局是不能比的,NASA在2016年的總預算高達193億美元,約合1253億人民幣(中國在整個“十三五”的5年時間內對空間科學的投資只有80億人民幣左右啊),而中國航天局只是掛着一塊牌子的政府部門罷了(中國的航天任務,像火箭發射場、載人航天任務、大頭都是軍隊在管)。所以無論從主持管理空間任務的經驗、在航天領域處理各種關係的能力來看,這位NASA中心主任都是國際上第一流的航天任務管理人才。

那麼給“突破攝星”計劃提供1億美元初始資金的又是誰呢?

俄羅斯知名技術投資人尤里·米爾(Yuri Milner)。Yuri Milner創立了投資公司DST,是Facebook、Twitter、京東、小米、阿里巴巴等公司的股東。Yuri Milner最知名的投資手筆是2009年以2億美元收購了Facebook 2%的股份。據稱,Yuri Milner投給馬雲的5億已經變成了25億,投給雷軍的5億又變成了32億美元,投給強東的5個億至少變成了30個億*。

上面這些人在4月12號一起開了一個發佈會宣佈了“突破攝星”計劃。下面照片中最左邊那個站着的就是投資人Yuri Milner,霍金右邊那個坐着的就是已經93歲的弗里曼·戴森。


所以從領導團隊來看,“突破攝星”計劃有錢,有技術,有人才,有影響力,能忽悠。

那麼“突破攝星”計劃的技術實現前景怎麼樣呢?

“攝星”其實是“Starshot”一詞的翻譯。計劃的實現路徑是這樣的:把很多像手機一樣大的微型飛船通過傳統火箭發射到太空裏,然後從地球發射一束激光,照射在這些飛船的光帆上,通過光壓推動微型飛船加速到光速的20%,最終使它們抵達距地球最近的恆星系統——4.37光年外的半人馬座阿爾法星系統(Alpha Centauri)。按照這樣的速度,“突破攝星”的微型飛船可以在3天內經過冥王星並飛出太陽系。

然而去年飛掠冥王星的NASA的“新地平線”號飛船(New Horizons)抵達冥王星軌道最後花了9年時間,所以看到這的時候我還是覺得“突破攝星”科幻成分太大。不過太陽帆已經是成熟度比較高的技術了,它的好處是不需要攜帶什麼燃料,靠太陽風吹着還有太陽光照着就能加速。

每個微型飛船還將攜帶用於研究行星和小行星等天體的傳感器,在飛行途中利用微型激光通信設備把觀測數據傳回地球。

激光通信技術是下一代空間通訊技術,而且早已在NASA、ESA(歐洲空間局)、JAXA(日本航天局)的多個衞星實驗中得到驗證。2014年,NASA曾經在月球勘測軌道器(LRO)任務中,用激光把一副蒙娜麗莎畫像傳到了位於月球軌道的LRO飛船上。由於激光強度不會像射頻無線電那樣隨着通信距離的增加而信號變弱,所以在深空探測和飛出太陽系的任務中,採用這種通信技術是極為明智的。

下面就是NASA用激光通信傳輸的蒙娜麗莎畫像,左邊是沒編碼的,右邊採用了裏德-索洛蒙編碼:

技術可實現性分析

Nature網站4月13日報道“突破攝星”計劃時説,要實現目標,“突破攝星”計劃的規模和成本將可同歐洲“大型強子對撞機”(LHC)計劃相比擬。
(LHC是世界上最大的粒子加速器、世界上最大的機器,由40多個國家聯合建造,花了上百億美元。)

Science網站4月12日報道分析了Starshot計劃的3項技術挑戰:

1、微加工(microfabrication)技術。Yuri Milner稱,目前這項技術由手機工業驅動,未來的微型飛船芯片將集成攝像機、推進器、能源供應系統(放射性同位素)、定位系統、通訊裝置,今天可製造出的質量最輕的此類芯片約370毫克,到2030年可以降低到220毫克。Yuri Milner還稱,屆時微型飛船可以以一部iPhone的成本大批量生產。

2、納米技術。微型飛船的光帆材料的厚度只能限制在幾百個原子內,這樣才能形成長約數米的帆,同時保證質量不超過幾克。

3、激光技術。Yuri Milner團隊構想的激光陣列長約1千米,包括幾百到幾千個激光器,從電網獲得電能,可產生一束100吉瓦特(gigawatts)的合成激光束,用於每天加速微型飛船幾分鐘。儘管目前還未製造出功率如此強勁的激光,但是團隊認為如果遵循摩爾定律,在未來幾十年內所需的技術就會成熟。

該激光陣列每次加速需儲存幾百吉瓦時(gigawatt hours)的能量,因此需要藉助電池或其他儲能技術,如飛輪(flywheels)等。粒子加速器和可控核聚變反應器採用類似的技術。此外,這些激光還需要利用先進自適應光學來補償地球大氣擾動的效果,確保激光束保持在目標上。

Yuri Milner還宣稱,由於微型飛船的數量巨大,因此可以承受一定數量的飛船損失;光帆可以作為微型飛船向地球發射探測數據時的反射器;若初始研究表明“突破攝星”計劃概念可行,真正實現計劃目標還需要大量更多資金,並需要一代人的時間來執行。

各方反應和評論

1、曾在2012年被《時代》週刊評為空間領域最有影響力的25人之一的哈佛大學理論物理學家Avi Loeb認為,儘管“突破攝星”計劃看起很有野心,但從基礎物理的角度看不到任何致命障礙;在物理上飛抵遙遠星系對其探測,與從遙遠的距離觀測它們是不同的,所以這個計劃比空間望遠鏡更有意義。

當微型飛船飛抵目標星系時,由於以光速的20%飛行,預期飛船將在1個小時內穿越Alpha Centauri 星系;根據狹義相對論,飛船的視野將發生改變,會看到扭曲的恆星和行星圖像。

2、前面提到過的NASA艾姆斯研究中心(ARC)前主任Pete Worden認為,“突破攝星”計劃將採用的利用激光驅動航天器光帆是一個世紀以來出現的首個新型推進形式,儘管高功率激光束穿過大氣層可能需要政策批准,但獲得此類批准是有渠道的(果然是熟悉如何跟政府打交道的人才)。

3、但是也有反對者認為,Starshot計劃的科學回報並不充足。喬治華盛頓大學空間政策研究所主任Scott Pace評價説,應當科學地把Starshot計劃同新一代空間望遠鏡計劃進行比較。“如果我戴了一頂‘科學’的帽子,而且我有一點小錢可以花,我本人會把它投在系外行星望遠鏡上,”Scott Pace説(為啥我嗅到了一種沒錢的酸氣)。

好了,“突破攝星”計劃目前的介紹就是這樣了,我本人覺得如果他們真想做,還是有希望的,畢竟夢想還是要有的,萬一實現了呢,是不?當年一看到“激光干涉引力波天文台”(LIGO)的時候我也覺得探測引力波是扯淡的,結果人家生生做出了能拿諾貝爾獎的成果。不只是我反對了,LIGO項目在20世紀90年代前期向美國政府爭取經費時,國會聽證會上反對該項目的主要聲音來源就是天文學家。

但是真的飛到了外星系,拍到了系外行星也沒啥用,除非你在飛船上帶上幾個細菌孢子什麼的,這樣你就可以把地球的生命基因傳播到另一顆星球了,那才是真有意義的事。

參考文獻:
[1]Russian billionaire unveils big plan to build tiny interstellar spacecraft.
http://www.nature.com/news/billionaire-backs-plan-to-send-pint-sized-starships-beyond-the-solar-system-1.19750
[2]Billionaire backs plan to send pint-sized starships beyond the Solar System.
http://www.sciencemag.org/news/2016/04/russian-billionaire-unveils-big-plan-build-tiny-interstellar-spacecraft
[3]中科院繪製未來15年中國空間科學路線圖——提出23項空間科學計劃 “十四五”投入估計過百億元
http://www.cas.cn/cm/201603/t20160321_4550058.shtml

[4]迎娶名模的俄羅斯鉅富,響徹矽谷的頂級投資人,他就是Yuri Milner
http://www.chinaz.com/start/2016/0421/524200.shtml

*文章為作者獨立觀點,不代表虎嗅網立場

本文由 葉瑋 授權 虎嗅網 發表,並經虎嗅網編輯。轉載此文章須經作者同意,並請附上出處(虎嗅網)及本頁鏈接。原文鏈接http://www.huxiu.com/article/147631/1.html


資料來源:虎嗅網

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