宇宙印象|史上最快的人造物体：4克航天器被加速到20%光速，通信一次需8年
编者按：从经济角度看 ， 前往半人马座阿尔法星的探测器最佳动力选择是激光帆加速 ， 在地球上建立一个激光装置 ， 精确打到激光帆上 ， 理论上可以将一个4克重的激光帆探测器加速到20%的光速 。
宇宙印象｜头条独家 深度科普栏目第1310期
霍金提出的突破摄星计划已提出4年了 ， 如今进展如何？我们不妨来看看 。 该计划的目标是向距离太阳系最近的半人马座阿尔法星（Alpha Centauri）系统发送一个探测器（群） ， 可能是多个微型航天器 ， 也可能是一个 ， 通过使用光帆和定向能量（激光）阵列来驱动 。 根据科学家的估算 ， 一个小型航天器通过这两个技术配合可以加速到光速20％ ， 这样我们就能够在20年内抵达距离我们最近的恒星系统 。
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图片解读：突破摄星采用两个技术：大型帆面和激光推进
【宇宙印象|史上最快的人造物体：4克航天器被加速到20%光速，通信一次需8年】
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图片解读：恒星之间的通讯技术受到距离上的限制 ， 我们与4光年外的航天器通讯 ， 一个来回就要8年以上
20年对于一个人的一生而言是可预期的 ， 如果按照传统的航天器速度 ， 需要数万年才行 。 突破摄星计划目前分为两个部分 ， 第一部分是航天器系统 ， 微型航天器需要光帆；第二部分是通信 ， 负责这一块的是Kevin LG Parkin博士 。 我们要向和正在以20%光速飞行的航天器进行通信 ， 难度可想而知 。
虽然航天器的研发遇到了困难 ， 但通信问题则是更大的挑战 ， 目前的方案是建立一个直径4.1的激光发射器 ， 一旦航天器抵达4光年外的半人马座阿尔法星后 ， 可向地球传递信息 。 这个阵列将嵌入在船帆中 ， 该阵列将以1.02微米的波长向地球上的射电望远镜传输数据 。 激光链路是目标星际之间建立通信的最佳方法之一 ， 该技术目前也应用在卫星间激光通信上 。 激光的特点是利用波长短的光作为载体 ， 可减少天线直径 ， 安装在航天器上的激光通信帆开展后为4.1米 ， 极高频率可提升通信容量 。
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图片解读：激光帆推进需要精确激光发射装置精确指向帆面
2013年 ， 美国宇航局利用月球探测器演示了激光通信技术 ， 即便是远在38万公里之外也能达到622兆每秒的传输速度 。 如果将这个技术用在前往半人马座阿尔法星的探测器上 ， 可建立与地球之间紧密而持续的光束链路 。 但这个方法有个问题 ， 需要非常精确地指向地球才行 ， 如果指向歪了 ， 那么激光通信链路也建立不起来 。 要让半人马座阿尔法星的探测器找到地球 ， 就需要先定位好太阳的位置 ， 从4光年外之外看太阳和地球 ， 两者之间的视差非常非常小 ， 束宽仅为太阳到地球的距离的十分之一 。 因此探测器需要先定位好太阳的位置 ， 然后根据地球的相对位置找到地球 ， 最终将激光精确指向地球 。
从经济角度看 ， 前往半人马座阿尔法星的探测器最佳动力选择是激光帆加速 ， 在地球上建立一个激光装置 ， 精确打到激光帆上 ， 理论上可以将一个4克重的激光帆探测器加速到20%的光速 。 持续20年的激光加速电力成本大约为600万美元 。 科学家还设想了在下行链路上设置多个中继探测器 ， 可减少丢失重要数据的风险 。
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图片解读：激光帆是目前能将4克探测器加速到20%光速的方法
如果所有的技术都攻克 ， 我们还面临一个不可能解决的问题：双向光信号信息一个来回需要8.48年 ， 宇宙中最快的就是光速 ， 4.24光年外的探测器也需要8年多的时间才能进行一次有反馈的通信 。 从理论上看 ， 我们花20年抵达半人马座阿尔法星 ， 传递会信号需要4年 ， 最快我们在启航之后的24年才能看到半人马座阿尔法星的图像 。 如果我们要调整一下观测半人马座阿尔发星的摄像头角度 ， 就再等8年 。 宇宙印象为****独家 ， 其他均为假冒 ， 转载均为非法
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