有生之年，耗资1亿起的摄星计划能实现吗？

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1.5站地铁

2/3站公交（不堵车的话）

对星际旅行者来说可以忽略不记

“突破摄星计划”，可能是本世纪最大胆的深空探测生命搜索计划，由已故的“脑洞达人”霍金博士提出：计划在十年内向邻近的半人马座阿尔法星发射数以千计的帆型纳米飞船，运用光帆和激光阵列让纳米飞船加速到0.2倍光速，从而让我们在有生之年实现星际探索的梦想。

当然这个“酷呆了”的脑洞计划从0到1还有很多细节和挑战，譬如如何把数据传回地球。在最近的一项研究中，摄星系统的负责人帕金博士分析了用激光将数据传回地球的可能性，他认为这是人类对太阳系外星际探索最有效的办法。

帕金博士是从2016年起成为这项极具野心计划的负责人的，在此之前，他因在微波加热推进方面有开创性研究而被俄罗斯宇航联合会授予了科罗廖夫奖章。他也是总部在旧金山的“帕金搜索航空公司”的创始人，这间公司专门研究如何在高新科技领域节约成本。

在通信的下行连接解决方案上，他考虑了在直径为4.1米的摄星纳米飞船上安装一个紧束激光发射器，等飞船到达半人马座阿尔法星时，发射器开始向地球上的望远镜发射信号。

这个阵列会镶嵌在飞船内部，采用100瓦光学控阵的形式，利用激光从星际介质中转换能量，阵列将会以1.02微米的波长传送数据，然后由望远镜以1.25微米的波长来接受数据，从而使得这种传输会在紫外可见近红外光谱范围内。

这样的话，下行连接会比依靠无线电波或是微波传输更有优势：激光的波长比微波短了一千倍，从半人马座阿尔法星到地球的光束就能更紧密，地球上的接收器就可以缩小至30米望远镜大小，并有可能在10-20年内实现。

不过，这种通信系统也有弊端，阵列指向地球的角度和方向必须精确才能很好地接受数据。有一个实际问题是，在星际信号传输是以太阳为中心计算地球的相对位置，而波束宽度是太阳到地球波束宽度的十分之一，于是飞船需要重新计算相对位置可能产生误差。

那么一支只有几克重的纳米飞船舰队如何进行星际探索呢？

帕金博士是这样解释的：在经济角度上来激光发射的可行性更大，每周发射一艘4克帆船的能源消耗成本仅为600万美元。这意味着不单只有一个下行连接，而是会有很多个。从地球上看，纳米飞船将在天空形成一个排列布阵，在半人马座阿尔法星方向汇合成的多条不同轨迹的飞船通道。

多飞船的另一个好处是：它们之间会有交叉，于是对地的联系将会有属于自己的数据管道，并在管道中嵌套管道类似数据备份，这将会减少重要数据丢失的风险，并能让已经通过半人马座阿尔法星的飞船以区块链一般的方式互相传递信息。

如果加入分布式算法则将不仅使飞船协同工作，还能让飞船拥有一定程度的自主性，每个飞船都能负责绘制半人马座阿尔法星的不同部分，这将减少循环决策的时间，这样很有可能在第一批数据到达地球前整个系统都能被探测和描绘出来。

理论上来讲，第一艘飞船发现一颗行星的时候，从远处看就好像在图片上跳动的光点，如果在此基础上限制它的运行轨道，下一艘飞船就可以飞得更近然后去进一步分析行星表面的详细情况，紧接而来的飞船就可以接力棒似地去绘制地图和追踪表面特征，慢慢地整个宇宙的面貌就会在我们眼前展开。

为了把数据分解开来，帕金博士设想了一组能对远处星系统进行自动探索的飞船舰队。第一艘进入系统的帆船负责绘制行星和卫星图，下一批将描述这些行星和卫星的轨道特征，随后的帆船将近距离观察它们并监控它们的表面。

这一概念解决了星际探索中最大的挑战：超远的距离探测器通信的困难。

一直以来“沟通”环节是摄星计划中遇到最大的挑战之一，距离我们最近的恒星都有4.24光年之遥远，能传输出去数据的能量极低，也就是俗话说的信号差，所以过往的设想一直是围绕着如何在地球上建造极其巨大的接收器，但由于光信号的双向传送需要8.48光年，所以我们根本并没有机会向飞船发送实时指令。

人类可能需要上百年时间来实现帕金博士所设想的飞船，也有可能在商业利益的驱动下在未来几十年内就作为某些项目的副产品而实现。虽然微波控阵已经有50多年的历史，但光学控阵至今还没有出现，所以我们需要投入大量的工作才能把光学和帆船型纳米飞船结合在一起。

摄星计划的构想是独一无二的，如何从星际介质中获得能量也值得深入研究。然而，所有的星际探索和深空探索都面临着同样令人脑壳疼的问题——技术障碍。这些问题显然需要通过创新性的方法来解决，在此期间，我们所能做的事情就是等待并期望着进步能发生，能创造出新的机遇。

图片来源于网络

文章仅为作者观点，未必代表火星社会立场

原文地址：https://www.universetoday.com/146166/how-will-we-receive-signals-from-interstellar-probes-like-starshot/

翻译：晶晶

编辑：恶狼哈尔（一个性别不明的科幻死忠粉）

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