FengLika: 世界上最小的航天器发射，背后有个你也能参加的太空探索众包计划

世界上最小的航天器有多小？

长 3.5cm，宽 3.5cm，重量仅为 4g。

（图片来自 twitter @Breakthrough）

这个世界上最小的航天器名为「精灵（Sprites）」，虽然只有邮票大，但包含了太阳能板、微型控制系统、陀螺仪、磁力计、天线等，运转功率为 100 毫瓦，是目前世界上最小的全功能空间探测器。6 月 23 日发射升空的「精灵」，已于 7 月底进入近地轨道。

微型航天器的星际旅行目的地，是三体人的家乡

「精灵」是著名地外生命探索组织「突破计划」（Breakthrough Initiatives）的一个项目成果。2016 年，由史蒂芬 · 霍金宣布「突破计划」启动一个新的外星生命探索项目，名为「突破摄星」（Breakthrough Starshot），计划向距离我们最近的恒星系半人马座阿尔法星（Alpha Centauri，又称南门二）发射大量的微型星际航天器。

而微型航天器「精灵」进入近地轨道，是该项目的一个突破性进展。

（半人马座阿尔法星系中的两颗恒星，右上角为太阳系，图片由 L. Calçada/Nick Risinger 制作）

半人马座阿尔法星系统包括三颗恒星，其中一颗恒星——比邻星，是距离太阳系最近的恒星。电影《阿凡达》的故事，就发生在半人马座阿尔法星系的潘多拉星球中，2154 年人类已经能够前往那里开采稀有矿产了。在刘慈欣的科幻小说《三体》里，半人马座阿尔法星也是三体人的故乡。

（半人马座阿尔法星系的生命可能长这样？图片来自：电影《阿凡达》）

半人马座的比邻星距离太阳约 4.22 光年，没错，这就是太阳系与另一颗恒星最近的距离。微型航天器发射后，最终以光速 20% 的速度，也就是 59546 km/s 的速度飞行，并进行长达 20 年的星际旅行才能到达半人马座阿尔法星，这个科幻故事经常讲到的地方。

如果计划顺利，航天器将在本世纪内传回那里的相关信息。这是地球上不少太空迷们有生之年的等待。

（「突破摄星」原理动画，航天器在太空中穿梭）

1977 年发射的 “旅行者 1 号” 探测器，足足用了 35 年时间才飞到太阳系边缘。作为地球上目前走得最远的物体，它的飞行速度相对广袤的宇宙，依然是太慢太慢了。

扎克 · 曼切斯特（Zac Manchester）是负责设计这个航天器的工程师，这个小小的「精灵」，倾注了他将近十年的心血。在 Gizmodo 的采访中，他说：

最初我们要做的就是尽可能缩小航天器的尺寸，但在保证航天器能发挥作用的前提下，它究竟可以变得多小呢？我们面临的一个挑战是，尽可能小的航天器，怎样才能获取足够的能量向地球传回我们所需要的信息。

他还说到，现在的「精灵」只是实验性的航天器原型，他所做的工作也只是这个探索项目的初始工作。

目前已经有 2 个「精灵」进入了近地轨道，被系在拉脱维亚文塔卫星（Venta）和意大利马克斯 · 瓦利尔卫星（Max Valier）旁边。还有 4 个「精灵」在马克斯 · 瓦利尔卫星内，待解决通信故障后就会按原计划放出。

星际旅行的交通工具，重点是光帆

（「突破摄星」原理动画）

这次发射的「精灵」，还不是进行星际旅行飞往半人马座的那一批探测器。因为按照原计划，真正飞往半人马系阿尔法星的微型航天器，会搭载光帆，由地球上一千亿瓦特的激光对光帆进行推进加速，让航天器在两分钟内加速到光速 20%。

（被加速的太阳帆原理图，图片来自：Breakthrough Initiatives）

在大海中航行的帆船，风是动力。在外太空中航行的宇宙飞船，光是动力。帆船的帆，与宇宙飞船的帆，都是利用压差前进。

光帆（使用太阳作为光源时可称为太阳帆）依靠光的辐射差前进，只要有光就能继续运作和飞行。因此微型航天器不需要携带燃料升空，能够尽可能缩小自身的体积。

（《星球大战前传》中的光帆宇宙飞船，图片来自：wikia.com）

在《星球大战前传：克隆人的进攻》中，杜库伯爵乘坐的星际交通工具就是吉奥诺西斯太阳帆船（Geonosian Solar Sailer）。吉奥诺西斯太阳帆船的外壳打开后，能够张开巨大的太阳帆，通过聚集高能粒子风来产生推进力。在《三体》中，作者也描述了一架能够载人的辐射帆飞船，飞行原理与光帆类似。

（《太阳帆船》插图）

更早的光帆科幻故事可以追溯到 1963 年，阿瑟 · 克拉克出版了一本科幻小说《太阳帆船（Sunjammer）》，讲述了这样一个故事：

主人公约翰 · 默顿是一个飞船设计师，参加了一场从地球到月球的太阳帆船比赛。比赛开始后，七艘帆船开始散开，宛如蒲公英一样在太空中飘荡。在漫长的飞行过程中，默顿睡着了，他的「狄安娜」号帆船遭到竞争对手破坏，在最后关头，不得不舍弃帆船，眼看着自己的帆船飞向宇宙深处。

‘他永远不能赢得飞往月球的比赛了，但他的帆船却将是飞行在星际漫长航程上的第一艘人造太阳帆船。’

光帆早已从科幻成为现实，但「突破摄星」计划中的光帆需要在布满灰尘、气体、宇宙射线的星际介质中，连续飞行至少 4 个光年，依然保持完整和运作正常，这依然是个巨大的挑战。历史上已经有不少光帆宇宙飞船失败的案例，包括宇宙 1 号、光帆-A（LightSail-A）等。

(「伊卡洛斯」号的太阳帆，图片来自：日本宇宙航空研究开发机构)

目前成功发射的光帆航天器是日本 2010 年的「伊卡洛斯」号，其光帆对角线长度为 20 米，由聚酰亚胺树脂材料制成，厚度为 0.0075 毫米。它在飞行中通过保持旋转，利用离心力使帆保持张开，并于 2011 年完成了利用太阳光实现加速、修正轨道等多个实验项目。

去年 4 月 13 日，霍金在启动「突破摄星」计划时说：

爱因斯坦曾经幻想在宇宙中乘着一道光线飞驰，这个思想实验为他的狭义相对论奠定了基础。一个多世纪后，我们有机会可以达到光速的一小部分：一亿英里每小时。只有通过这么快的速度，我们才有希望在人类的时间尺度内到达那些恒星。

另一位项目发起人尤里 · 米尔纳（Yuri Milner），俄罗斯投资大鳄、全球投资基金 DST Global 的创始人，则讲到了制作成本，他说：

将来微型航天器能够实现量产，并且单个制造成本相当于一部苹果手机。

此外，马克 · 扎克伯格也是该计划的董事会成员之一。

「突破计划」有个你也能参加的太空探索众包计划

「突破计划」最初在 2015 年由霍金和尤里牵头成立，在发布会上，霍金向世人宣称，宇宙中一定存在其他生命，我们只是需要花费时间去寻找他们而已。

目前整个计划包括「突破摄星」、「突破聆听」、「突破讯息」、「突破观察」四个项目。

突破摄星（Breakthrough Starshot）

（预想中的半人马座宜居星球图片，图片来自：Breakthrough Initiatives）

正如前文所述，此项目计划向半人马座阿尔法星发射微型航天器，让其以五分之一的光速飞行，飞行二十年后向地球发回那里图片。

突破聆听（Breakthrough Listen）

该项目于 2015 年 7 月启动，通过借助全球最大的天文望远镜，北半球的绿岸射电望远镜（Robert C. Byrd Green Bank）和南半球的帕克斯射电望远镜（ Parkes Radio Telescope ），联合美国加州力克天文台的行星自动搜寻望远镜，对 100 万颗恒星和 100 个外星系进行探测，并将这三个天文望远镜的数据完全向公众开放。计划将历时 10 年，预算为 1 亿美元。

由于这三个天文望远镜一直在产生海量的数据，该项目还有一个众包项目，地球上能够联网的人群，都可以将自己电脑和智能手机的空闲计算能力去协助处理观测数据，只需要下载使用一个名为「SETI @ home」的程序就可以成为参与探索外太空的志愿者。