恆星際旅行

恆星際旅行，是一個用來指在恆星或行星系統之間進行假想性的載人或無人太空旅行的名詞。恆星際旅行的難度是遠高於行星際航行的；太陽系以內的行星間的距離是不多於三十個天文單位的，而恆星間的距離卻往往是以百上千個天文單位計，而且很多時是以光年作單位。由於恆星間相隔遼遠，恆星際旅行速度需要達到光速的一個相當高的百份比，或者需要很長的旅行時間；要用上數十年至五十年，甚至更久。人類現時的太空船推進技術仍未能滿足恆星際旅行所需的速度。即使具備假想性的能達到完美效率的推進系統，所需的動能對於當今的能量生產標準依然是巨大的。此外，航天器與宇宙塵埃和氣體的碰撞可以對乘客和航天器本身造成危險的影響。現時，人們已經提出了諸多策略來實現恆星際旅行，其中有攜帶整個生態系統的巨型架構，以至到微細的空間探測器等。人們又提出了許多不同的航天器推進系統，以滿足航天器所需的速度，其中包括了核動力推進，和其他基於推測性物理學的方法。無論是對於載人或無人星際旅行，都需要滿足相當大的技術和經濟挑戰。即使是對於星際旅行最樂觀的看法，都認為恆星際旅行只能在幾十年後才可行；更常見的預測是一個世紀或更遠。然而，儘管有挑戰，如果星際旅行能夠實現，那麼將會帶來極大的科學收益。大多數星際旅行的概念都建基在一個發達的，能夠將數百萬公噸的物體移動到建築或操作地點，並且需要上千兆的電力來滿足建築或動力需求。如果太空太陽能發電成為地球能源結構的重要組成部分，這樣的系統便可以自然地發展成熟。消費者對於電力系統的需求將會催生一個恆星際旅行所需的每年數百萬公噸容量的太空物流系統。恆星際旅行目標.在距離地球20光年以內有59個恆星系統，包括著81顆可見星。以下可以作為星際旅行計劃的主要目的地：現有的和近期的天文技術能夠在這些物體周圍找到行星系統，增加了它們的勘探潛力。建議方法.慢速無人探測器.巨大的宇航器雖然可行但推進成本現實上是不可承受的，極微觀尺度的奈米級推進器可能可以用來建造光速太空船。美國密歇根大學的研究人員正在開發奈米粒子作為推進劑推進器，這種技術被稱為“奈米粒子場提取推進器”。理論物理學家加來道雄曾建議發射“智慧塵埃”至太空，隨著奈米技術的進步可能實現。加來道雄還注意到奈米探針的將需要遭遇磁場，隕石和其他危險，所以需要發射大量奈米探針，以確保至少一個可以順利到達目的地。慢速載人太空船.世代飛船.世代飛船是一種星際方舟，到達目的地人類將是那些開始星際旅行的人類後裔。因為規模巨大、生物和社會學的問題，建造世代飛船目前並不可行。冬眠飛船.科學家和作家已經提出各種暫停生命技術，包括人類冬眠和人體冷凍技術。這些技術提供飛船可以持續長時間星際旅行的可能性。冷凍胚胎.機器人攜帶凍結早期人類胚胎是另一種可能性的星際旅行。太空殖民需要人造子宮，適合人類居住的類地行星，教育機器人將會把人類傳承下去。推進系統.火箭概念.離子推進器.離子推力器又稱離子推進器、離子發動機，其原理是先將氣體電離，然後用電場力將帶電的離子加速後噴出，以其反作用力推動火箭。這是目前已實用化的火箭技術中，最為經濟的一種，因為只要調整電場強度，就可以調整推力，由於比衝遠大於現有的其它推進技術，因此只需要少量的推進劑就可以達到很高的終端速度，而既然太空船本身不需要攜帶太多燃料，總重量大幅減少後就可以使用較小而經濟的運載火箭，節省下來的燃料更是可觀。缺點是它的推力很小，目前的離子推進系統只能吹得動一張紙，無法使太空船脫離地表，而且即使在太空中也需要很長的時間進行加速。離子推力器目前只能應用於真空的環境中。在經過很長時間的持續推進後，將會獲得比化學推進快很多的速度，這使得離子推力器被用在遠距離的航行中。核裂變動力.等離子推進器.等離子推進發動機中的電流或電位來加速推進劑，即不單獨用電場加速推進劑者。與其區別的離子推進器則是使用高壓電網或電極來加速推進劑。核脈衝推進.核脈衝推進使用核爆做推力的技術。最早提出的計畫是DARPA的「獵戶座計劃」，1957年由斯塔尼斯拉夫·馬爾欽·烏拉姆提議。以慣性約束聚變為起點的新提議有著名代達羅斯計劃和遠射計劃。核脈衝推進器是以塑性核彈在運載器後爆炸產生極高比沖和極高推重比，此研究方向在當前沒有技術瓶頸。從未測試；推力板可能因振動而破損；當前最小尺寸的核彈依然相對大；小範圍使用費用昂貴；違背與核有關條約；在大氣層中使用有核輻射。核聚變火箭.核融合火箭是一種以核融合能量作為推動力的火箭。它能夠提供有效率且長程的太空推進力從而減少大量的燃料攜帶量。在未來更複雜的磁性限制以及防止電漿不穩的控制方法問世後，較小的輕型核融合反應爐就有可能發明出來。慣性侷限融合技術可以成為輕量化且有力的替代選擇。對於太空航行來說，核融合推進主要的優點是它有極高的比衝量，主要的可能缺點則是反應爐龐大的質量。然而，核融合火箭會產生比核分裂火箭更少的放射線因此可以減少防護盾的需求。反物質推進.反物質火箭將其他任何火箭提供更高的能量密度和比衝。如果可以發明高效的反物質生產方法，並安全儲存，反物質火箭理論上可能達到光速的百分之幾十。反物質推進可以讓太空船以極高速度前進，如此一來相對論導致的時間擴張將變得更明顯。生產和儲存反物質應該可行。但是反物質湮滅將損失大部分能量，產生高能伽瑪射線，特別是中微子。非火箭概念.巴薩德衝壓發動機.巴薩德衝壓發動機是1960年代物理學家，並透過反作用力的原理推進飛行器加速前進，而達到星際飛行的目的。太陽帆.太陽帆使用巨大的薄膜鏡片，以太陽的輻射壓做為太空船推進力。輻射壓不僅非常小，而且與太陽距離的平方成反比，但不同於火箭的是，太陽帆不需要燃料。推進力雖然很小，但是隻要太陽繼續照耀著，太陽帆就能繼續運作。太陽能集熱器、溫度控制面板和陽光下的樹蔭都可以視為特殊的太陽帆，太陽帆可以幫助在軌道上的太空船調整飛行姿態或是對軌道做少量的修正而無須耗費燃料。2010年5月21日，由日本宇宙航空研究開發機構開發的試驗性太空探測器IKAROS，以日本的H-IIA火箭和破曉號金星氣象衛星以及其他四個小衛星一起發射。IKAROS 是世界第一個成功在行星際空間運作的太陽帆。理論性概念.阿庫別瑞引擎.阿庫別瑞引擎或曲速引擎是一項推敲性的時空數學模型，可以仿造出科幻中星際旅行裡的作為跨星際的超光速航行的工具。阿庫別瑞引擎遵守廣義相對論中愛因斯坦方程式，在這範疇下建立出一項特別的時空度規。物理學家米給爾·阿庫別瑞於1994年提出了波動方式展延空間，導致航行器，因此他們否定阿庫別瑞引擎的可能性。蟲洞.蟲洞，或稱為愛因斯坦-羅森橋，是連線著時空兩個區域的通道。如果將太空船沿著旋轉黑洞的旋轉軸心發射進入，原理上是可以熬過中心的重力場，並進入鏡射宇宙。設計與研究工作.突破攝星.突破攝星是由突破計劃提出的太空探索專案，旨在研發名為「星片」、經過約20年的航行時間抵達半人馬座α星，並在到達後再經過約4年的時間向地球傳回信息。物理學家史蒂芬·霍金與投資人尤里·米爾納於二零一六年四月十二日在紐約共同宣佈了該專案正式啟動。專案的初期投資為一億美元。米爾納預計整個專案最終耗資可達五十億至一百億美元。代達羅斯計劃.代達羅斯計劃是在1973至1978年之間倡導的研究計劃，考慮使用無人太空船對另一個恆星系統進行快速的探測。當時希望研究出核動力引擎作為宇宙飛船的動力，並以此前往六光年之遙的巴納德星。伊卡洛斯工程.伊卡洛斯工程由和伊卡洛斯星際組織聯合推出，最終目標是建造一艘具備恆星際航行能力的無人飛船，前往距離太陽系最近的恆星系統進行勘察，理論上星際航行將耗時100年。百年星艦.美國國防高等研究計劃署合作的一項星際旅行計劃。該計劃於2012年1月啟動，目標是未來一百年內使人類能夠進行恆星際旅行。海柏利安計劃.伊卡洛斯星際組織的其中一個計劃。文學.歐陸最早關於星際旅行的文學，可以追溯到公元兩世紀，居住在希臘的亞述人作家琉善的奇幻短篇《》，內容是講述遊歷月球 。直到十七世紀以後，隨著天文學日漸成熟，催生眾多星際旅行相關文學作品。十六世紀德國天文學家開普勒的文學作品《》和同時期的英國科幻小說家的《》，就是其中的一些著名例子。1640年，英國自然哲學家約翰·威爾金斯開始系統性的關注空間旅行。他在《關於一個新世界和另一顆行星的討論》中記載了當時他所預測的三種登月方法。他其後在1648年出版的《》中，補充了第四種登月方法。直至十九世紀，科幻文學出現更多關於星際旅行的內容，甚至是想象性的時間旅行，例如有英國小說家威爾斯在1895年出版的科幻小說《時間機器》。