什么是星际航行?

[拼音]：xingji hangxing

[外文]：interplanetary and interstellar navigation

星际航行包括行星际航行和恒星际航行。行星际航行是指太阳系内的航行，恒星际航行是指太阳系以外的恒星际空间的飞行。不载人行星际航行已经实现，而恒星际航行尚处于探索阶段。如以冥王星的轨道作为太阳系的边界，太阳系的半径约为60亿公里。除太阳外，离地球最近的恒星──半人马座“比邻星”的距离为4.22光年（1光年等于9.46×1012公里），约合40万亿公里，相当于地球到太阳之间距离的27万倍，其他恒星和星系的距离则更远。人们现在所能观测到的宇宙范围约为 100亿光年。用现代火箭技术所能达到的速度 （20公里/秒左右）可以飞出太阳系，但不能实现恒星际航行。因为以这个速度航行到最近的恒星“比邻星”约需 65000年，到天狼星约需13万年。航天器只有达到接近光速的速度，恒星际航行才有实际意义。要使航天器接近光速，必须把火箭的喷气速度提高到接近光速的水平。但是即使利用氢聚变反应产生能量转化为动能，喷气速度也只能达到光速的5％。以这样的喷气速度使航天器速度达到0.8倍光速，则航天器起飞时的质量将为航天器质量的34.8亿倍，这是无法实现的大质量比。

现阶段航天中使用的化学火箭发动机、核火箭发动机和电火箭发动机的喷气速度只有光速的几万分之一。设想中的有可能用于未来恒星际航行的推进系统的有：

（1）脉动式核聚变发动机：把核燃料做成很多细小的颗粒──“微型氢d”，用激光或粒子束加热到极高温度，引起微型氢d爆炸，产生冲击波和粒子流，使其向一定方向喷射，产生反作用推力。逐个点燃“微型氢d”可获得脉动式的持续推力。

（2）星际冲压式发动机：在恒星际航天器前面装一个巨大的收集器，在航行中不断吸入星际空间的氢，利用氢的同位素氘为核聚变发动机提供燃料。但是这样的收集器据计算直径将达到数千公里。有人设想在航天器前面造成一个大范围的人工磁场，形成无形的收集器，用磁力线捕获星际空间的氢离子。

（3）光子火箭发动机：根据著名的爱因斯坦质能公式:能量=质量×（光速）2，利用物质和反物质相互作用，其质量全部湮灭而转化为光能。使质子与反质子在发动机中进行反应产生光子流，光子流以光的速度从火箭喷管喷出，产生反作用力，推动火箭前进，这就是光子火箭原理。光子火箭的设想早在1953年就提出来了，但是反物质的产生、贮存和使用，发动机的设计和控制，以及大面积反射镜的制造都不是短时期内所能解决的问题。

根据爱因斯坦狭义相对论，在以接近光速飞行的航天器上，时间的进程远比地球上慢，这个效应称为时间延缓效应。设T是航天器上的时间，Te是地球上的时间，V是航天器的速度，C是光速，则有关系式：

例如，当V＝0.9C时，T＝0.436Te；当V＝0.9999995C时，按照这个效应航天器上的时间仅为地球上时间的千分之一。这样一来就有可能在人的寿命期限内完成一次往返遥远恒星天体的恒星际航行。