不带燃料也想飞向恒星？“光帆”正在把星际旅行从科幻想象拉向工程试验

人类若想飞出太阳系，最大的难题之一并不是“方向”，而是如何在不携带海量推进剂的情况下，把航天器加速到足够高的速度。

美国太空科普网站Universe Today 8月19日刊文梳理太阳帆、磁帆和激光光帆的发展路线。文章认为，与核裂变、核聚变乃至反物质推进相比，这类“帆式推进”有一个共同特点：推进能源主要来自航天器之外，因此无需携带传统推进剂。其中，太阳帆利用光的辐射压力，磁帆与太阳风相互作用，激光光帆则由远距离高功率激光持续推送。

从“太阳光推船”到真正飞行

用光推动航天器并非新想法。早在20世纪20年代，齐奥尔科夫斯基等人就提出利用巨大薄膜反射太阳光获得推力。真正进入太空验证，则等到本世纪。

2010年，日本宇宙航空研究开发机构发射IKAROS探测器，首次成功利用太阳辐射压力实现星际空间太阳帆航行；2019年，“行星学会”的LightSail-2也证明，小型卫星能够依靠太阳帆改变轨道。NASA此后继续推进相关技术，2024年发射先进复合材料太阳帆系统ACS3，对更轻、更易展开的帆面和支撑结构进行验证。

这些任务说明，“没有推进剂的推进”已经不是纸面概念。但太阳帆产生的推力很小，更适合长期、持续加速的太阳系内任务。

磁帆想“抓住太阳风”

另一条路线是磁帆。

1988年前后，研究人员提出利用大型超导线圈制造磁场，与太阳风中的带电粒子相互作用产生推力。后续方案不断尝试缩小线圈、引入等离子体，甚至考虑把磁帆用于进入行星附近时的减速。

它的意义在于，航天器同样无需携带大量反作用质量。但从目前技术成熟度看，磁帆仍远没有像太阳帆那样进入较成熟的飞行验证阶段。

真正瞄准恒星的是“激光光帆”

若目标从火星、木星进一步变成比邻星，太阳光本身就显得不够用了。

更激进的方案，是把巨型激光阵列留在太阳系内，用定向能持续照射一张极轻的反射帆，把克级或公斤级探测器推到相对论速度。1984年，物理学家罗伯特·福沃德就系统提出激光推动光帆的星际旅行设想。

近年来最知名的方案是Breakthrough Starshot。其设想利用约100吉瓦激光阵列，把“晶圆级”微型探测器加速到约光速的20%，理论上可在约20年内抵达半人马座α星附近。另一项“蜂群比邻星”研究则设想依次发射数千个克级探测器，以10%至20%光速飞向比邻星，并通过大规模地面光学接收系统获取它们传回的数据。

最大障碍仍是能源和材料

“无需携带燃料”并不意味着能源问题消失，只是被转移到了地面。

Universe Today援引多项研究指出，不同激光光帆方案需要的定向能功率从约100吉瓦一直延伸到数万太瓦。如此巨大的能源供应、激光阵列规模、波束控制精度，以及帆面在极端光照下的耐热能力，目前都远未达到成熟工程应用水平。

因此，太阳帆已经证明自己能够飞，磁帆仍在探索，而真正能够把探测器送往另一颗恒星的激光光帆，依旧横亘着巨大的能源、材料和基础设施门槛。

但它透露出的方向十分清楚：未来星际航行未必需要把一台越来越大的发动机装到飞船上，也可能把“发动机”留在太阳系，把能量远距离送给一张极轻的帆。

若这一思路最终实现，人类星际航行的第一批“访客”，很可能不是大型载人飞船，而是一群只有几克重、以接近光速飞行的微型探测器。

参考信息来源：

Universe Today，Matthew Williams，Interstellar Travel IV: Solar, Magnetic, & Directed-Energy Sails，2026年8月19日。  

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