飞到火星仅20天，冥王星只需3年，人类真的要突破太阳系了吗？

2020年7月23日，我国的天问一号火星探测器搭乘长征五号遥四运载火箭发射升空，展开了火星探索之旅。2021年2月10日，天问一号成功进入绕火星轨道。

尽管火星探测器已经沿着目前最合理的路径——霍曼转移轨道前往红色行星，但漫长的旅途还是用掉了半年多的时间。要知道，火星是太阳系内距离地球第二近的行星，尚且需要如此漫长的时间。而太阳系的浩瀚，甚至远不止八大行星那么简单，还有遥远的柯伊伯带和奥尔特云，人类的航天器何时才能到达这些遥远的地方呢？

别着急，别绝望，未来已经不远了。有一种航天器，可以获得惊人的速度，穿越太阳系，那就是太阳帆。

太阳帆的概念早在几百年前就有雏形了，在近些年来尤其受到关注。比如霍金生前支持的“突破摄星”计划，就是希望利用太阳帆的技术，在50年内抵达比邻星进行探测。既然连比邻星都能触及，跨越太阳系自然也不是问题了。

太阳帆的原理很简单，就是利用太阳光形成的光压提供动力，供航天器飞行。它和太阳能类似，动力源源不断，但原理又不同，产生的动力远远超过了太阳能。如果我们能够利用这种光压进行探测，那么就可以进行太阳系跨越了。

牛顿第二定律指出：一个物体的加速度取决于质量大小和受力大小，质量越小的物体更容易被加速，受力越大加速越明显。因此，如果想要让太阳帆获得如虎添翼的效果，那就需要更小的质量更大的力。

最近，加州大学洛杉矶分校机械工程系的研究生Ho-Ting Tung和Artur Davoyan博士最近就在考虑这些问题，并且做出了他们认为最合适的方案。想要减少质量，那就尽量为航天器“瘦身”；想要获得更大的力，那么除了太阳提供的光压之外，我们还可以在地球上利用激光提供更强大的光压。

他们设想，利用这个方案打造出来的太阳帆，将获得前所未有的惊人航行速度。通过这样的加速效果，航天器从近地轨道（通常不到3000公里）进入到地球静止轨道（也就是距离地表36000公里的同步轨道），只需要几分钟的时间。

在地球轨道上就能获得如此快的速度，在太阳系中的航行速度将更加惊人。目前我们前往火星需要差不多200天的时间，通过这种太阳帆系统，只需要20天；朱诺号探测器花了5年时间从地球飞到木星，利用太阳帆只需要120天；新地平线号飞到冥王星用了10年时间，太阳帆只需要3年就够了！

这个速度确实相当惊人，如果真的获得如此快的速度，人类探测太阳系将会变得更加容易。通过太阳帆，我们将会发射更多探测器去探索其他星球，我们对太阳系的了解将会大幅提升，想一想就很爽。

可是，我们要怎样获得这样的速度呢？

首先就是航天器的“瘦身”。在他们的设计中，航天器的总质量要小于100克。不得不说，这个质量确实有点惊人，要知道，一只普通的苹果也有150克左右的重量。所以，想要实现这样的航天器瘦身，科学家们必须要考虑如何开发更轻质的科学载荷。

接下来比较重要的，就是太阳帆本身的设计，这是重中之重。

用激光提供更强大的光压，这本身是好的。但是，这里有一个问题，那就是激光本身具有的能量太大了，以至于可能会将航天器烧毁。因此，太阳帆本身所使用的材质，必须要非常特殊，需要满足多项要求，比如本身要非常轻，而且要比较坚固，同时要能够承受高温，并且可以以非常高的效率反射激光。

说起来，后面两点是基本等价的，因为反射掉绝大部分激光，就意味着不会因为吸收太多能量而升温。另外，反射激光效率越高，意味着加速效果也越好。因此，这两个属性，成为了本次研究的重点。

经过研究，他们认为，氮化硅或者氮化硼具有非常良好的性能，在反射率方面非常优秀，在未来可以用作太阳帆的材料。

选择好了材料不代表研究的结束，生产它们的工艺也非常重要。不同的工艺，也会影响性能，他们认为，布拉格堆叠反射器和导模共振反射器。这两种反射器可以反射特定波长的激光，从而避免太阳帆被过度加热。

目前来说，人类前往外太阳系的探测器中，最快的飞行速度是由黎明号花了五年半时间才创造的，而这种新型的太阳帆，只需要半个小时就可以达到。而且，研究人员指出：以目前人类的科技来看，这样的太阳帆并不遥远。

和虫洞、曲率驱动引擎这种更多停留在科幻中的飞行器不同，太阳帆是非常现实的一种技术。目前，包括我国在内的世界上许多国家，都在从事这方面的研究，希望能够早日飞到太阳系的边缘。

目前，日本的伊卡洛斯太阳帆已经在太空中进行实验了，相信未来还有更多的太阳帆能够进入太空。

而且，本次研究也只是一种设计，未来的太阳帆可能和这两位研究人员介绍的完全不同。不管是哪一种，都意味着人类的速度越来越快。或许在不远的将来，我们真的能够看看比邻星是什么模样。