鐳射技術未來的發展前景如何，是否可以達到我們預期的目標，還有多久可以實現目標？

每次當有強勁的新技術產生時，我們執行困難任務的傳統方式都值得被深思熟慮。在太空旅行和探索地球之外的宇宙時，任何在能源生產、儲存或傳輸方面的新進展都非常值得認真對待。但是宇宙是非常大的，而且從地球到其他行星的距離簡直是天文數字，更不用說其他恆星。到2016年，我們還使用在二十世紀五六十年代太空飛行剛開始時同樣的技術，使用化學火箭燃料發射和操縱我們的航天器。但是，一個由菲利普·盧賓領導的科學家和工程師團隊已經宣佈，他們相信可以使用鐳射推動，不僅可以把去火星的路程縮短為三天，而且用比任何航天器都快的速度瞄準恆星。

像這樣的希望可能會週期性地出現，因為像是核動力火箭、反物質引擎甚至是所謂的不可能的引擎等概念希望取代現在把大品質物體加速到高速的最好的技術。這些希望的問題在於，在每一種情況下都是不可行的：

到目前為止，核聚變還不是一個可控且可持續的反應，因此在長時間內不可以產生大量的能量。反物質不僅生產成本高，而且它只能少量生產。如果你把地球上人們生產的所有反物質都加起來，它的重量不到一微克，如果你通過愛因斯坦的公式：E=mc2把它換算成純能量，大約等於一小盒炸藥釋放的能量。即使在最寬鬆的實驗條件下，像無燃料引擎這樣的假設引擎設計不會給出可再生的、穩健的結果，也不會提供大量的推動力。

但是有一個希望是不同的，因為鐳射推進的核心技術現在確實存在。

考慮到小行星偏轉，鐳射功率的發展在過去的15年裡取得了巨大的進步。包括美國國防部高階研究計劃局(DARPA)在內的多個機構的許多科學家的專案，已經以一種新穎的方式成功地增強了鐳射功率:不是通過增加每一個鐳射器的功率，而是通過使鐳射陣列可任意伸縮。換句話說,你現在可以建立一個大型鐳射陣，它可以同步精確地發射到一個合適的目標上，不僅可以傳輸與單個鐳射相關的千瓦功率，還可以傳輸任意大的功率，而這些功率只受鐳射陣列的大小限制。這是一個用19個元素的鐳射陣列攻擊玄武岩目標的“簡單”的測試。

鐳射推進系統的原理相對簡單，只需要幾個步驟：

在環繞地球的軌道上建立一組同步鐳射，這樣它們就可以精確地對準選定的目標。理想情況下，這個陣列將達到10億瓦的功率水平。建立一個“目標”宇宙飛船，它最初從低地球軌道出發，上面有一個巨大的帆狀表面，能夠被鐳射陣列瞄準。用大量鐳射擊中目標飛船，用適當的軌道把它加速到你能達到的速度，然後看著它走遠!

有很多好的理由令人興奮！鐳射技術已經存在，而且隨著時間的推移，事實上，它正在變得更完善。這很容易從小處開始：因為陣列是可伸縮的，所以可以使用小的投資將非常小的(亞克)品質加速到高的啟動速度，作為概念驗證。帆可以非常小——只有大約一平方米——但仍然是非常有效的。鐳射帆的反射率或堅固性與太陽帆不同，因為鐳射的頻率很窄，所以反射99.99%或更多的光相對容易，只有很少的吸收。模擬表明，即使是一個適度的鐳射陣列(下圖中為272千瓦)，也可以通過適當的航行將1克的測試品質加速到星際空間。

然而也有一些令人難以置信的理由，科學家並不是不可能，但這是一項艱鉅的工程任務。以下是一些我們不知道如何克服的重要阻礙：

如何成功校準如此長距離的鐳射。例如，阿波羅號宇航員安裝在月球上的鏡子有效地反射並返回1017光子中的1個到預定的目的地。一個加速的物體如何變得有用？現在，任何品質加速到的可感知蘇都都很小以至於不能傳遞任何有用的且不論多大能量都能被探測到的資訊。像計劃中的1克宇宙飛船探測器這樣的低品質、薄的物體，能經得起鐳射的威力嗎?或者，即使它們的反射率很高(但並不完美)，它們也會變得毫無用處嗎?一個像這樣加速的物體一旦到達目的地，就無法被控制或減速。一個像帆一樣的物體，尤其是極薄的物體，需要以某種方式在微小的力梯度下保持穩定，否則它就會開始旋轉，無法進一步加速。最後，鐳射陣列的大小需要加速任何可觀的大品質將是難以置信的龐大和昂貴。

鐳射帆概念可能適合變得很小,微小的品質相當於大的速度,但一個達到所需的十億瓦特功率範圍的全面的模型,需要大約100平方公里的區域的鐳射陣列,或者是像華盛頓特區一樣大。像這樣的全尺寸陣列可以將一個直徑約10釐米、品質約1克的超薄計算機晶片，在大約10分鐘內推進到約0.3%的光速。(正如一些人希望的那樣，把面積增加到一平方米，你就可以在那個時間裡達到大約26%的光速!)它可以推動一個100公斤有效載荷(大約一半機遇號火星探測器的品質)用一個更大的帆,以相同的速度甚至10000公斤有效載荷——也許足以把人類送去太陽系以外的旅途——達到每秒1000公里的速度，大約是阿波羅號宇航員登月速度的100倍。

這一計劃被稱為深入研究，定位能量用來加速探測器到星際速度，你可以在這裡讀到菲利普·盧賓的白皮書。這當然是一個令人興奮的想法，也是一個值得研究的可能性。但還不要為最近的恆星打包行李,因為實現和擴充套件這種型別的系統的困難, 特別是鐳射的功率、準直度以及在鐳射帆上反射時的實用性，如果它們真的可行的話可能要等上幾十年甚至幾百年。

毫無疑問，這是值得投資和嘗試的。鐳射推進可能是未來的太空飛行，以及最終把我們帶到星球的技術。但這並不是航天飛行的現狀，需要克服的障礙是非常巨大的。我們絕對應該試著走這條路，但絕不是灌籃。宇宙向我們招手，我們可能會看到一場關於我們如何到達那裡的改革，這對我們充滿了誘惑力。但是，現實地看待我們今天所擁有的技術，以及我們為實現目標所面臨的挑戰，也是非常重要的。鐳射推進可能是人類最好的選擇，因為我們今天知道的技術已經存在，但把我們送到星星上還有很長的路要走。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

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author: Ethan Siegel