飞向“星辰大海”要过哪些关口？

11月18日，神舟十一号载人飞船顺利返回着陆。神舟十一号是中国载人航天工程三步走中从第二步到第三步的一个过渡，是为中国建造载人空间站做准备。神舟十一号的远行，再次引燃深空探测这一话题。地球引力场之外，浩瀚的太阳系空间和宇宙空间究竟是什么样子的？从古至今，人类对这个“星辰大海”一直抱有好奇之心。

目前，我国已经批准立项火星探测技术，计划在2020年火星探测的最佳窗口时间发射探测器，一步实现对火星的环绕和着陆巡视探测。除了我国之外，美国航天局、欧洲航天局也在进行着各自的火星计划。

从飞出一颗行星，再到探索另一颗行星，其中的技术跨越难度可想而知。那么，如果人类想探索另一颗行星，甚至最终成功探索另一颗恒星，需要突破哪些科技瓶颈？

航天器：如何飞得更远

科幻电影《火星救援》中有这样一个情节，施救一方需要更强大的火箭。作为得到美国宇航局提供技术支持的电影，专业性自然不言而喻，而更强大的推进系统，恰恰是航天器飞向深空不可或缺的。

为了更远距离的航行，各国都在推进系统上发力甚深。中国运载火箭技术研究院曾对外表示，该院采用整体锻造法成功研制出重型火箭贮箱过渡环，这标志着重型火箭突破了最大瓶颈难题，为后续重型火箭研制的顺利开展奠定了基础。

而要研制出重型火箭，则需要在总体技术和发动机技术上取得突破。目前我国最先进的运载火箭是长征五号，于今年11月3日在海南文昌成功发射，长征五号的推力是1000吨级，而未来要研发的重型火箭，推力是3000吨级。按照计划，重型火箭将在2030年左右实现首次飞行，可用于载人登月和大规模深空探测。

如何让火箭拥有更大的推力，以及能够运送更多的物资，是当下各方竞争的焦点之一。美国航天局在今年对大推力运载火箭“太空发射系统”的固体助推器进行了地面测试，火箭拥有两个助推器，每个助推器推力超过1600吨。“太空发射系统”预计将在2018年进行首次飞行测试。俄罗斯国家航天局则计划在今后5～7年间，研制出近地轨道运载能力达160吨的超重型运载火箭，欧洲航天局也在不断推进阿里安系列火箭的研发。

但是，现有的化学燃料火箭不论修造得多大，终归是有瓶颈的，因为燃料总会耗光。并且，化学燃料火箭的速度也存在局限性。正因如此，有科学家提出了新的火箭设想。

比如，有的科学家提出了反物质火箭，即基于正物质和反物质混合接触反应产生动力，释放1公斤湮灭反物质和正物质所释放的能量，是燃烧1公斤碳氢化合物释放能量的20亿倍。还有的科学家提出了等离子火箭的概念，即火箭通过将电能输入气体燃料产生等离子体，将电子从正离子中剥离，随后离子从火箭尾部射出，推动探测器向前进。

不过，这些设想目前都停留在理论层面，存在诸多难以突破的问题。比如，大型强子对撞机1000年时间才能制造出1微克反物质，等离子体会摧毁所有接触过的物质。

宇航员：如何“活”得更久

现阶段，可行性最高的未来火箭概念，主要集中在核子火箭。因为，人类对核动力的掌握，已经有数十年的历史。

早在1968年，就有科学家提出利用核聚变推进的恒星际航行方案，飞船总质量为3000万吨，携带3000万颗氢弹。经过连续脉冲爆炸可在10年内将飞船加速到300公里/秒。

速度，是深空探测，特别是载人深空探测不可回避的问题。因为，宇航员的寿命是有限的，飞船上能够携带的生存物资更是有限的，茫茫太空难寻补给。

人类飞出太阳系的前提，是挣脱第三宇宙速度，即16.7公里/秒。如果按照这个速度，走一光年需要17964年。而距离太阳系最近的行星是半人马座α恒星系统中的比邻星,距离约为4.24光年。也就是说，如果按第三宇宙速度，航天器到达比邻星，需要76167年。

即便是无人探测器，能否坚持7万年也是个未知数。

7万年太过遥远，如果只考虑载人探索太阳系的行星，飞行速度目前并不是太大问题，真正棘手的问题是，飞行过程中，航天员如何生存？

科幻电影《星际穿越》中，提出了一个让人“活得更久”的办法，把人冻起来，日后再解冻。但显然，当下的科技水平尚未达到如此程度，否则绝症患者们都会提出类似请求。

在飞行过程中，航天员平均每天要消耗约0.9千克的氧气，并排出大约1千克左右的二氧化碳，并且每天需要饮用大约2.5千克的水，食用约0.6千克的食物，还需保持合适的温湿度环境。那么，如果以2年期的火星往返为例，保障6人小组的基本存活，需要物资18吨。

相比于18吨的物资而言，目前人类唯一一款载人登月火箭土星5号，能够送入月球轨道的有效载荷，仅为45吨。

为此，美国航天局曾提出“原位资源利用”概念，即尽可能利用外太空资源支撑深空探测。

在今年的“中国航天日”上，嫦娥一号卫星系统总指挥兼总设计师叶培建也对外透露，我国在小行星研究方面的前期课题已经展开。小行星是人类深空探测“天然的跳板”，可作为中转站，为人类建立空间设施以及星际航行转移系统提供大量基础材料。

超光速航行：如何变成现实

目前，人类飞行最远的航天器依然是旅行者1号，于1977年发射，速度为17.043 公里/秒，超过第三宇宙速度。目前其距离地球大约是182亿公里，已经达到太阳系与星际空间的过渡区。当然，对于其是否到达太阳系的边界，科学界仍有争论。

而要走到最近的恒星，旅行者1号还需要4万年。最为关键的是，其携带的核电池在2025年用尽，届时其与地球的联系很可能会中断。而这也是深空探测的瓶颈之一，即深空探测过程中的通信问题，各方目前也都在深空通信领域内展开相应探索和布局。

事实上，一直有科学家提出“跨越性”的观点，比如是否能实现超光速航行，即所谓曲速引擎，可以打破走向外太空的燃料和时间瓶颈。尽管已经有物理学家在研究超光速航行的可能性，不过以现有科技水平，实现这一“跨越式”方案依然过于遥远。

人类在探索未知的太空，但没有人知道，进入深空之后，甚至在未来进入星际空间之后，人类会发现什么，遭遇什么。各种科幻作品中的想象、科学家们的种种预测，到底哪些能够成真，目前尚不知晓。

但是，其实我们每个人都生活在航天器上。美国经济学家鲍尔丁在“即将到来的太空船地球经济学”一文中，提出这样一个概念，人类唯一赖以生存的最大生态系统是地球，而地球仅仅是茫茫无垠的太空中一艘小小的飞船。

而人类的一系列太空探测，所依赖的资源也是地球这艘“小小的飞船”本身。珍视这艘小小的飞船本身，合理利用这艘船上仅有的资源，人类方能在太空中，也就是在“星辰大海”中走得更远。