对于尤里·米尔纳这位俄罗斯互联网企业家和亿万富翁慈善家来说，他资助了世界上最丰厚的科学奖项并寻找外星智慧，天空不是极限——太阳系也不是。今天在纽约，在物理学家斯蒂芬·霍金和其他备受瞩目的支持者的陪同下，米尔纳宣布了他迄今为止最雄心勃勃的投资：1 亿美元用于一项研究计划，旨在在一代人的时间内将机器人探测器送往附近的恒星。
米尔纳在一份在宣布前不久发布的一份声明中说：“人类的故事是一次又一次伟大的飞跃。55 年前的今天，尤里·加加林成为第一个进入太空的人类。今天，我们正在为下一个伟大的飞跃——飞向星辰——做准备。”
米尔纳正在支持的“突破摄星”计划，旨在将机器人探测器的所有关键组件——摄像头、传感器、机动推进器和通信设备——压缩到微小的克级“纳米飞行器”中。这些飞行器将足够小，可以使用该计划计划帮助开发的其他技术将其加速到极高的速度，包括地面千米级激光阵列，该阵列能够通过大气层发射 100 吉瓦的激光脉冲，每次持续几分钟，以及原子薄、米宽的“光帆”，以借助这些光束飞向其他恒星。每个撞击光帆的光子都会给光帆及其货物带来轻微的动量；在太空的微重力真空中，吉瓦级激光器释放的光子洪流将迅速将纳米飞行器推向相对论速度。
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霍金在发布会上说：“如果没有新的推进方法，我们根本无法走得很远。光是最实用的可用技术。”
每个纳米飞行器都将从发射到地球轨道的母舰上释放出来，展开光帆并捕捉激光脉冲，加速到光速的 20%——约每秒 60,000 公里。激光阵列使用复杂的自适应光学系统，利用可变形反射镜来保持每个脉冲的相干性和清晰度，以对抗大气层的模糊效应，每天可能会加速一个轨道纳米飞行器。每个激光脉冲都将包含相当于航天飞机火箭升空进入轨道所产生的能量。
该阵列需要建在南半球干燥的高海拔地区，可能在智利、南非甚至南极洲的山峰上——在“突破摄星”计划的主要目标：半人马座阿尔法星双星的视线范围内，它们距离地球 4.37 光年，构成了离我们太阳系最近的恒星系统。美国宇航局已经发射了五艘宇宙飞船，它们的轨迹将它们带到太阳系之外，尽管即使是最快的飞船也需要 30,000 多年才能到达半人马座阿尔法星。纳米飞行器将在短短 20 年内完成同样的星际穿越。由于没有车载减速能力，它们将在短暂地收集有关半人马座阿尔法星系统中任何行星的数据后，将其传回地球，然后 plunge 入更深的星际黑暗之中，超出通信范围。
米尔纳在新闻发布会上说：“如果这项任务能够实现，它将告诉我们关于我们自己以及关于半人马座阿尔法星的许多信息。”
“突破摄星”是米尔纳“突破计划”的最新项目，“突破计划”是一个多学科项目集合，旨在利用私人资金解决关于宇宙生命的存在性问题。去年，同样与霍金一起，他宣布了为期 10 年、耗资 1 亿美元的“突破聆听”计划，旨在搜索超过一百万颗恒星和一百个星系，寻找来自外星文明的信号，以及一项配套的价值 100 万美元的“突破信息”计划，旨在编写潜在的宇宙通信，向任何专心致志的外星人广播。与“突破摄星”一样，后者涉及有史以来专门用于实现星际飞行的最大一笔资金，这些其他计划也为其各自的领域提供了类似的资金巨变——由于其极高的投机性质，这些领域长期以来一直处于联邦科学资助的边缘。
宏大计划，微型宇宙飞船
该项目的认真规划大约在一年前开始，当时米尔纳咨询了专家，以考虑实际星际旅行的方案。其中一位是艾维·勒布，哈佛大学的天体物理学家，也是“突破摄星”计划顾问委员会的新任主席，他以在非常规研究课题上取得突破性进展而闻名。
勒布和他的顾问同事指出，我们已经在现代粒子物理实验中常规地将亚原子粒子加速到接近光速，而且宇宙飞船越小，就越有可能以极高的速度旅行。“剥去 iPhone 的外壳和界面，电子设备——包括摄像头和通信设备——的重量都在克量级，”勒布说。“这几乎是纳米飞行器所需的一切，而且由于电子设备持续的小型化，我们实际上现在就拥有了它。”
在评估和否定了诸如反物质湮灭或核聚变反应驱动的火箭等奇异推进方案后，顾问们将他们的考虑范围缩小到激光驱动的光帆，这是一个可以追溯到 1960 年代的概念。他们专注于加州大学圣巴巴拉分校的物理学家菲利普·卢宾的最新工作，他当时正在完成一个“路线图”，作为美国宇航局资助的一项适度研究的一部分，该路线图旨在开发微小的激光驱动星际宇宙飞船。经过细微调整，该路线图为“突破摄星”计划提供了一个理论模板，而卢宾现在是该计划的关键科学家之一。
卢宾说：“星际飞行问题有两个轴。诸如反物质或聚变火箭之类的东西都位于‘真实’轴上。已知的物理定律告诉我们，它们是现实的解决方案，即使我们不知道如何实现它们。诸如曲速引擎和虫洞之类的东西位于‘虚构’轴上——这些是我称之为虚构的解决方案，因为没有人知道如何做到这一点。”卢宾在他的路线图中详细描述的激光推进概念在他的“真实”轴上得分很高，他说，因为“它既现实又可实现。”
卢宾的路线图列出了任何激光推进星际任务都必须克服的无数障碍，例如将许多较小的激光器连接成千米级阵列，以及工程设计轻巧、薄如蝉翼的光帆，使其足以承受阵列的吉瓦级脉冲，以及说服决策者允许建造原则上可以用作武器的激光系统。探测器还需要使用功率仅为几瓦的车载激光器将观测结果传输回地球——这个问题可以通过使用巨型地球激光阵列作为接收器来解决。但最大的障碍仍然是成本问题：按照目前估计的每瓦激光功率约 10 美元的价格，今天建造和运行“突破摄星”计划的 100 吉瓦阵列可能需要花费高达 1 万亿美元。
但即使现在听起来如此高昂，仅在 10 年前的市场价格也会使其昂贵一百倍。在消费者高速电信系统以及国防相关项目的需求驱动下，巨型激光阵列关键技术的成本现在正以大约每 18 个月降低 2 倍的速度下降，卢宾说。这些指数级的变化率表明，在 10 年内，巨型激光阵列的每瓦成本将从 10 美元降至 10 美分。“突破摄星”计划实际上是关于选择核心技术进行大规模扩展，并研究是什么阻止或促成这种扩展，”卢宾说。“如果未来 30 年每瓦成本保持不变，我们将遇到大麻烦。”
然而，根据勒布的说法，另一个障碍是一个更微妙的社会现象：“嘲笑因素”，或者说人们倾向于嘲笑遥远的概念。“科学或技术的任何革命都有一个初始阶段，人们会嘲笑它，”勒布说。“有时笑声是受到对论点的有效批评的启发，但也可能是因为某些东西看起来非常不同和奇怪……可以肯定的是，主流科学界从事的研究是你本不应该嘲笑的研究——让我们说，嘲笑因素为零的研究——一直在嘲笑错误的事情上犯下重大错误。”
“我们是认真的人，”勒布继续说道。“我们将 выяснить 这个项目是否可行，如果不可行，我们将承认这一点并继续前进。”
半人马座之梦
根据卢宾调整后的路线图，米尔纳的 1 亿美元大部分旨在资助研究赠款，以开发解决该项目确定的约 20 个主要技术障碍的方案。然后，这些解决方案将用于原型系统，该系统可能会再花费数亿美元来建造。如果光子学和电子技术继续其成本暴跌和性能飙升的趋势，那么组装一个功能齐全的系统将需要与世界当前数十亿美元的科学项目（如大型强子对撞机和詹姆斯·韦伯太空望远镜）相同规模的资金——米尔纳个人无法提供这种资金。政府将是一个可能的赞助商；亿万富翁慈善家团体将是另一个赞助商。“突破摄星”计划董事会的第三位成员是马克·扎克伯格，他是 Facebook 的富有创始人兼首席执行官。
米尔纳说：“这必须被视为一项集体努力，因为这是唯一可行的方法。如果我们能够在我们有生之年完成这件事，正如我们所希望的那样，那将非常令人兴奋，但如果不能，我们将把它传递给下一代——不是作为一个想法，而是一个已开发的路线图和技术。我们离这并不遥远——只有几十年……这 1 亿美元旨在持续未来几年，专注于我们发现的每一个潜在的致命问题，看看我们能走多远，以及我们是否会遇到任何障碍。”
除了目前缺乏硬件和全额资金外，“突破摄星”计划的计划中还缺少一个关键项目：目前还没有确定的半人马座阿尔法星中的行星目标。2012 年，一个欧洲天文学家团队宣布他们发现了一颗地球大小的行星，它在一个系统中的两颗恒星之一周围进行了为期三天的轨道运行，但进一步的调查对这些说法产生了严重的怀疑。根据“突破计划”主席皮特·沃登（NASA 艾姆斯研究中心前主任，现任“突破摄星”计划主任）的说法，该组织还计划启动第二个相关的计划，以建造新的地面仪器，甚至可能是一架小型太空望远镜，以搜索和研究半人马座阿尔法星可能存在的行星。这些仪器和望远镜也可以用于其他附近的恒星，可能会揭示更多星际航行的目标。最终，数百万计的纳米飞行器可能会在光子的推动下散开，探索更多的恒星，从而改变我们在银河尺度上的所作所为和所知。
沃登说，除了使实际的星际飞行成为现实外，“摄星”计划还可能对更贴近地球的其他应用产生变革性影响。“摄星”计划的最终激光阵列可以证明对于探测和表征潜在威胁近地小行星非常有用，其许多可变形反射镜可以重新用于使该阵列成为一个巨大的望远镜，用于收集星光而不是产生激光束。激光器还可以为纳米飞行器提供动力，使其快速飞掠太阳系的所有行星，以每次几十万美元的价格在几个小时内将探测器送往火星，或在几天内送往冥王星。
沃登说：“一旦我们发射这些东西并提供另一颗恒星周围行星的特写图像，就开始定义整个人类和人类的未来。如果这项计划奏效，它将改变我们对自身作为一个物种和一个星球的看法。”
目前，“突破摄星”计划的规划正在改变“突破计划”组织的成员如何看待其其他相关项目，例如“突破聆听”计划，该计划旨在收听来自宇宙文明的有意或无意的传输。如果我们能够寻找其他恒星系统中潜在的可居住行星，并使用激光将微型宇宙飞船舰队送去进行调查，那么就没有理由假设我们是银河系中唯一这样做的文明。宇宙飞船本身基本上是不可见的：克级星际探测器以光速的 20% 撞击地球高层大气层将释放大约一千吨的能量，这与米级太空岩石定期轰击我们地球产生的空爆无法区分，这种轰击大约每年发生一次。然而，如果它进入地球上更强大的地面天文台之一，推进此类探测器的激光发出的光线可能会被探测到。“突破聆听”计划的大部分工作都围绕着寻找通过无线电波交谈的健谈外星人的迹象，但该项目也资助搜索来自星际空间的任何激光闪光。
在周二新闻发布会前准备好的发言中，斯蒂芬·霍金解释了他对该项目的支持，认为这与其说是为了科学，不如说是为了生存。霍金说：“地球是一个美好的地方，但它可能不会永远持续下去。迟早，我们必须仰望星空。‘突破摄星’是迈向这一旅程的非常令人兴奋的第一步。”
勒布同意。“在某个时候，我们必须找到地球之外的替代居住地，就像任何伟大的旅程一样，这必须从第一小步开始——你不能 просто сдаваться，”他说。“记住奥斯卡·王尔德说过的话——‘我们都生活在阴沟里，但我们中有些人却在仰望星空。’当我晚上仰望星空时，它们看起来像一艘巨大的宇宙飞船上的灯光，在太空中航行。每次我都会问自己同样的问题：在那些灯光附近，这艘巨大的飞船上还有其他乘客吗？如果这个项目能够实现，我们可以拜访他们并 выяснить 答案。”