科学家准备用光代替燃料，人类飞向比邻星或许只需20年

不烧一滴燃料，不携带一克推进剂，只靠激光的推力，就能让飞船穿越星际空间。

这不是科幻小说的场景。2026年4月，德克萨斯农工大学机械工程系高级纳米光子学实验室主任蓝寿峰博士带领的研究团队，在《牛顿》期刊上发表了一项名为"光学推进与元喷流悬浮"的研究成果。他们开发了一种名为"元喷流"的微米级装置，能够在激光照射下实现完整的三维方向机动，这是光学推进领域此前从未达到的能力。

研究团队认为，如果这套原理能够向更大规模扩展，人类前往最近恒星系统半人马座阿尔法星的旅程，可能从现在用化学火箭所需的数十万年，缩短到大约20年。

光怎么推动物体？原理其实不复杂

光有动量，这是物理学的基本常识，爱因斯坦早就算清楚了。当光子打在物体表面并发生反射时，会对物体施加一个微小的力，就像用手轻轻拍打一个乒乓球。蓝寿峰把这个效果做成了一个生动的比喻：光线就像从桌面弹起的乒乓球，每一次弹射都传递一点动量。

但问题在于，这个力太微小了，如何让它产生方向可控、力度足够的推进效果，一直是光学推进领域的核心难题。

一组序列展示了一个超表面“元喷气流”在激光照射下运动，展示了德克萨斯农工大学一项研究中的光驱动机动。图片来源：蓝寿峰博士

元喷流的答案，是把"控制权"直接刻进材料本身。这些装置由超表面构成，超薄材料的表面被蚀刻出纳米级的精密图案，每个特征的形状、朝向和位置都经过精确设计，使光在照射时按照预设方式折射或反射，从而将光的动量以特定方向传递给装置。这就像给光线提前画好了轨迹，让它按照工程师的意图对装置施力。

传统的光学操控方案，通常是在装置外部通过调整光束形状来控制运动，相当于从外面遥控。元喷流的逻辑则相反，它把控制逻辑内置在材料结构里，装置本身就知道怎么对光的照射做出响应。

这种设计带来了一个关键优势：力的大小取决于光的功率，而与装置尺寸无关。这意味着，相同的物理原理，理论上可以从微米级的实验室器件，直接放大到宏观的星际飞行器。

在实验中，研究团队将元喷流放置在流体环境中，用以抵消重力对观测的干扰，并成功演示了三维方向的完全机动控制，包括上下、左右、前后的自由运动组合，以及悬浮状态下的稳定保持。这是该领域已知的首次三维机动演示，此前同类系统只能实现单向或平面内的受控运动。

从比邻星到纳米制造，这条路还有多远

把"实验室演示"和"星际飞行"连在一起，需要相当大的想象力跨越，研究者自己对此也保持着清醒。

目前的元喷流装置，尺寸仅在数十微米量级，比头发丝还细。整个系统在流体环境中进行测试，而非真空或微重力条件。研究团队正在申请资金，希望将下一步测试推进到微重力环境，在没有地球引力干扰的条件下观察光驱动推进的真实表现。

在星际飞行的设想层面，光驱动推进并非全新概念。突破摄星计划（Breakthrough Starshot）于2016年宣布，计划用地面超级激光阵列推动面积约几平方米、重量仅几克的超薄光帆飞行器，使其加速到光速的五分之一，在约20年内抵达半人马座阿尔法星。这一计划获得了斯蒂芬·霍金和尤里·米尔纳的联名背书，但工程层面的挑战，包括如何在极端加速过程中保持飞行器不被摧毁、如何在飞行中保持方向稳定，至今仍是巨大难题。

加州理工学院和罗切斯特理工学院也有各自的光学推进研究项目，分别聚焦于推进稳定性和衍射光栅平台。蓝寿峰的团队认为，元喷流的贡献在于构建了一个更通用的物理框架，通过将力的方向控制内置于材料结构，解决了此前方案在机动性上的先天限制。

制造这些装置，需要纳米级的加工精度，目前在德克萨斯农工大学的AggieFab纳米制造设施中完成。这套制造能力本身就代表着一种高门槛，每一块超表面的每一个纳米图案，都需要精确的电子束光刻或类似工艺实现。

这项研究仍然处于基础科学阶段。从微米级的实验室器件，到能够真正推动星际探测器的光学推进系统，中间隔着几个数量级的工程放大和无数未经验证的技术节点。但它做到了一件重要的事：用实验证明了光可以被结构化材料转化为方向可控的三维推进力，而不是停留在理论猜想。

用光飞向星星，这件事的物理基础，刚刚又扎实了一点点。