藝術家對太陽系的描述以及其他的東西，包括星際介質，然後是其他星系，最後是離地球最近的系外行星。圖片來源：Charles Carter /凱克空間研究所
從某種意義上說，人類在星空間的巨大飛躍已經開始了。美國宇航局的旅行者1探測器突破了太陽的磁泡，觸及了星際風。旅行者2也不甘落後。新視野開始掠過冥王星，途中遇到更遙遠的矮人世界，即太陽系邊緣的廢墟。
言歸正傳，我們正在研究幫助我們跨越更遠距離的技術。宇航員在國際空間站上種植的長葉萵苣上大吃大喝，這可能是前往火星或深空的未來宴會的預演。
目前，將人類送往其他恆星仍然是科幻小說的一部分。但是到目前為止，美國宇航局還沒有提出超越我們太陽系的新任務，科學家和工程師正在勾勒出可能有一天可能幫助我們到達那裡的可能技術。
美國宇航局的“火星之旅”計劃旨在建立機器人任務，將人類送往紅色星球，這可能有助於奠定基礎。
“推進，動力，生命支持，製造，通信，導航，機器人技術：火星之旅將迫使我們在這些領域中取得進步，”美國宇航局太空技術任務總局首席工程師Jeffrey Sheehy表示。 DC“這些系統不會足夠先進，無法進行星際任務。但是火星正在向我們邁進更遠的太空。這是邁向星星的一步。“
由好奇號火星漫遊者在默裡巴茨地區拍攝的自拍照。美國宇航局的“火星之旅”計劃旨在建立機器人任務，將人類送往紅色星球，這可能有助於奠定基礎。圖片來源：NASA / JPL-Caltech / MSSS
繪製未知圖表
咆哮自己，“乘客”風格，只是到最近的恆星，Proxima Centauri，將需要穿越幾乎不可思議的遙遠的距離。我們需要真正奇特的技術，例如假死或多代生命支持。這使得面對面訪問遠遠不可及，至少在短期內如此。
但機器人星際探測器的可能性正在變得更加清晰。太空探測器的先驅們說，恆星之間的輻射，能量和粒子沐浴空間 - 所謂的星際介質 - 本身就是一個有價值的科學目的地。
“我們需要更多探險者，更多這些本地探測器進入這個區域，因此我們可以更好地瞭解太陽和星際介質之間的這些界面條件，”加利福尼亞州帕薩迪納市美國宇航局噴氣推進實驗室的工程研究員Leon Alkalai說。 2015年關於探索星際空間的報告的合著者。“就像古代水手一樣，我們想要開始創建地圖。”
Alkalai的報告“ 用於探索星際介質的科學和使能技術 ”，揭示了大部分未知區域的知識和未知，從柯伊伯帶的黑暗，遙遠，矮人世界到“弓箭衝擊” - 湍流過渡我想把太陽的等離子氣泡從星際風中分離出來。該報告在凱克空間研究所的兩個研討會上借鑑了30多位專家的工作，對這一宇宙浩瀚的結構，構成和能量流動提出了緊迫的問題。它使用當今的技術描繪了可能的星際探測器中最詳細的圖片之一。
星際介質的註釋圖。太陽重力透鏡標誌著星際空間中的概念宇宙飛船可以利用我們的太陽作為巨大的透鏡，允許放大的行星特寫鏡頭圍繞其他恆星運行。信用; 查爾斯卡特/凱克空間研究所
報告的一部分側重於“設計參考任務”，這是一個概念性的起點，允許研討會科學家開始梳理星際探測的一些技術要求。報告稱，由此產生的探測概念意味著“大膽，具有挑戰性，對公眾具有啟發性”，以及“試圖接觸另一顆恆星的理性第一步”。這是NASA科學家可追溯到20世紀70年代的一系列星際探測概念中的最新成果。
在這個概念性場景中，子彈形外殼中的圓盤形探頭作為有效載荷在20世紀20年代後期的NASA下一個大型火箭太空發射系統上發射。在地球，木星和太陽本身的引力作用下，它可以在短短10年內到達星際空間。相比之下，旅行者1年36年來到了太陽能，或星際空間的邊界。
探測器將依賴火箭和來自下一代放射性同位素熱電發電機的電力，現在火星好奇號火星車上的增強版本。這種探頭可以攜帶各種傳感器和通信天線。它可以調查星際介質及其與太陽系的邊界，甚至可能進行柯伊伯帶天體的飛越，這是許多未知的太空體之一，它繞太陽運行遠遠超出冥王星。
未來的研究可以檢查探頭或太陽能或電動帆的電力推進的可能性。
阿波羅8號是第一次載人登月，於1968年12月24日聖誕節前夕進入月球軌道。那天晚上，宇航員在月球軌道上進行了現場直播，他們展示了地球和月球的照片。他們的宇宙飛船。可能的未來技術，如太陽引力透鏡可能會給我們提供足夠詳細的其他世界的照片，以顯示大陸和海洋，就像這張地球照片。圖片來源：NASA
太陽引力：另一個世界的窗口
報告中詳述的最特別的概念航天器之一也將退出太陽系，但僅僅是。從字面上看，它的重點將放在外星世界。
這個概念性航天器將被停放在星際空間附近，使用我們的太陽作為一個巨大的鏡頭，允許放大的行星特寫鏡頭繞其他恆星運行。太空望遠鏡將被放置到遠遠超過冥王星的位置，距離地球到太陽的距離大約是550倍，或者更遠。它將利用愛因斯坦描述的效果：重力彎曲光線的力量。
來自遙遠恆星及其行星的光流將圍繞太陽的邊緣彎曲，就像在岩石周圍流動的水一樣，在另一側會聚焦點 - 在那裡它將被大大放大。望遠鏡將被放置在正確的位置以捕獲這些圖像。
這些圖像將被塗抹在太陽周圍的環中，稱為愛因斯坦環，技術挑戰將是巨大的：必須糾正扭曲並重新組裝碎片圖像。但如果成功的話，鏡頭可以足夠強大，以顯示系外行星的表面特徵 - 一顆圍繞另一顆恆星的行星。
“這幾乎就像是來自月球的地球圖片，”阿爾卡萊說，回憶起1968年阿波羅8號宇航員發回的標誌性圖像。“你會看到雲，大陸和海洋，這種尺度的圖像。從地球上看，系外行星的每個圖像都是一個像素，所以你在系外行星上看到一根吸管。如果你想在系外行星上對大陸進行成像，你需要像太陽引力透鏡這樣的東西。“
一旦我們準備將巨大的步伐帶到另一顆恆星上，推進問題就成了焦點。攜帶龐大的油箱可以增加星際探測器的質量，超出可行性範圍。
Sheehy說，但是達到光速的十分之一將允許太空探測器在50年的時間內到達最近的恆星。
他說：“我們永遠無法使用化學反應加速到那種速度，”就像現今的火箭那樣。
他說，一個可能觸手可及的答案涉及“射束能量”。一個強大的激光陣列，無論是在地球表面還是在軌道上，都可以用來加速配備風帆的太空探測器到光速的一小部分。NASA的創新先進概念計劃（NIAC）最近選擇了由加州大學聖巴巴拉分校的Philip Lubin領導的一個此類項目，以獲得進一步開發的第二筆資助。
NIAC最近還為一個概念項目提供資金，該項目可能會激活“乘客”粉絲的心。亞特蘭大太空工程公司的約翰布拉德福德的研究成果被稱為“先進的蠍子誘導人類停滯到火星的轉移棲息地”，研究如何將宇航員置於深度睡眠狀態，降低地球與火星之間的旅行代謝率。雖然這不是真正的假死或用於星際旅行，但這樣的項目突出了將脆弱的人體送到星際空間的極端所遇到的極端技術困難。
在國際空間站的Veggie植物生長系統中的第一朵盛開的百日草花。在太空中種植食物是人類在嘗試星際旅行之前必須面對的挑戰之一。圖片來源：NASA
打印披薩
如果我們的物種曾經嘗試過這樣的旅行，它們可能需要數十年甚至數百年的歷史，可能需要某種懸浮和復興或能夠維持幾代人類生命的船隻。
“也許我們推出的人不會是真正到達半人馬座的人，”Sheehy說。“這將是他們的孩子。但你必須吃80年。“
他說，學習在太空中種植食物可能會有所幫助，儘管從種子中種植植物需要“太空中的房地產”。西紅柿是如此之大，生菜的頭是一定的大小。“
另一種可能性是使用3-D打印機“逐層構建3-D對象”。為什麼我們不能這樣建造一個單元？為什麼我們不能這樣建食？你能打印披薩嗎？“
Alkalai還認為人類星際旅行是一個極其遙遠的前景。
“將人類送入星際空間的想法遠遠超出人們需要擁有行星規模資源的意義，”他說。“我喜歡的唯一科幻故事，可能有一些科學依據，不是建立一個星際迷航企業，而是真正劫持一顆小行星。
“想象一下能夠成為二元小行星的人口。然後他們可以使用其中一個將另一個擺動到星際空間。然後你就擁有了小行星的資源，這是一種鐵，碳和其他物質的來源。他們可以將其作為生活和能源資源的來源。你不得不想象為很多代人設計這樣的東西。“
但Sheehy說，即使向星星發送機器人探測器，令人生畏的挑戰應該是激勵，而不是令人沮喪。
“我們曾經作為人類去過的任何地方，我們總能學到一些東西，即使它只是在下一個山脈上，”他說。“很多時候，你會在這樣的旅程中發現自己的一些事情。我們總能找到令我們驚喜的東西。“
閱讀更多 科學書屋 的文章
