美国已完成星际飞行原型探测器测试

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美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的实验宇宙学科学家正在研究如何实现星际飞行的梦想。

在飞利浦·卢宾（Philip Lubin）的领导下，该小组致力于创造一个由定向能轻帆和晶圆级航天器组成的星际任务。

如果一切顺利，这个太空船将能够达到相对论速度（光速的一部分），并在我们的生命周期内到达最近的恒星系统“比邻星”。

最近，该研究团队成功地测试了“星际芯片”（StarChip）的技术的原型，从而实现了一个重要的里程碑。 这包括通过气球将原型发送到平流层以测试其功能和性能。

这次发射是在2019年4月12日进行的，与安纳波利斯的美国海军学院进行了合作。当天恰逢俄罗斯宇航员尤里加加林的轨道太空飞行58周年，他是第一个进入太空的人类 。

此次测试包括将气球上的原型设备发射到宾夕法尼亚州上空32000米的高度。

卢宾说：“这是构建未来星际飞行的一部分。”

“星际芯片”的想法很简单。 通过利用小型化芯片，探测任务的所有必要部件可以安装在人手大小的航天器上。

帆组件建立在太阳帆的概念基础上，并采用轻质材料制成;。它们共同构成了一个可以加速到光速20％的航天器。

为了这次飞行，创建它的科学团队通过一系列测试“星际芯片”，旨在衡量其在太空中的表现和 探索 其它世界的能力。

除了看到它在地球平流层中如何变形（比飞机的飞行高度高三倍）之外，原型设备还收集了4000多张地球图像。

卢宾实验室的开发工程师尼克·鲁珀特(Nic Rupert)说：“星际芯片被设计成具有更大的航天器的许多功能，例如成像，数据传输，包括激光通信，姿态确定和磁场感应。由于微电子学的快速发展，我们可以将航天器缩小为更小，比我们以前的专业应用程序所做的要多。”

虽然"星际芯片"在这次飞行中表现完美无缺，但未来仍存在一些巨大的技术障碍。

考虑到所涉及的距离为4.24光年（40万亿公里），以及航天器需要达到光速的一小部分这一事实，技术要求令人生畏。

卢宾说：“普通的化学推进装置，比如将近50年前带我们登上月球的那些飞行器将需要近十万年的时间才能到达最近的恒星系统，比如比邻星。。甚至像离子发动机这样的先进推进系统也是如此。成千上万年。只有一种已知的技术能够在人的一生中到达附近的恒星，这就是将光本身作为推进系统。”

目前最大的挑战之一是建立一个能够加速激光航行的地球激光阵列。

鲁珀特说：“如果有足够大的激光阵列，你可以用激光帆推动芯片晶圆，以实现我们20％光速的目标。这样的话，你将在20年左右的时候抵达阿尔法半人马座。”

自2009年以来加利福尼亚大学圣巴巴拉分校实验宇宙学小组一直在研究和开发这一概念，作为NASA高级概念项目Starlight的一部分 。

从2016年以来，他们得到了“突破倡议”（Breakthrough Initiatives，Yuri Milner创建的非营利性太空 探索 计划）的大力支持。

该团队希望他们的研究能够 创造数百甚至数千个可以在附近恒星系统中探测系外行星的芯片级飞行器，而不是创建一个单一的太空船 。

这些航天器将消除对推进剂的需求，并能够在几十年而不是几百年或几千年内完成旅程。

这些宇宙飞船将能够在我们有生之年揭示出是否存在地球之外的生命。

该项目的另一个有趣的内容是将地球生命送到其他系外行星。具体而言，已经证明两种物种对辐射具有高度抗性，能够应对太空条件，还能够进行低温冷冻和复活。

这一计划与德国法兰克福大学理论物理研究所的提出的“创世纪项目”（Claudius Gros）类似，即利用定向能量推动的航天器前往其他恒星系统并播种任何“瞬时可居住”的系外行星。

简而言之，生命将在适合居住的行星上迅速启动。

加州大学圣地亚哥分校电子与计算机工程系的研究生大卫·麦卡锡（David McCarthy）认为，实现这种目标是一个非常迭代的过程。

他说：“构建这些东西的关键是要知道我们想要在下一个版本中包含什么，在下一个芯片中。你可以从现成的组件开始，因为你可以快速而廉价地进行迭代。”

随着这次高空测试的完成，加利福尼亚大学圣巴巴拉分校小组计划明年进行亚轨道首飞。

与此同时，硅光学和集成晶圆级光子学的进步（部分归功于圣巴巴拉分校的电气和计算机工程部门正在进行的研究）正在降低大规模生产这些小型航天器的成本。

除星际旅行外，该技术还可以促进对火星和太阳系其它地方的快速，低成本探测任务。

卢宾和他的研究人员也花了数年时间 探索 应用于彗星的行星防御，减少空间碎片，增强地球轨道卫星，或远程供电遥远的太阳系前哨。

当谈到定向能源时，未来的可能性真的是惊人的。