突破摄星计划：激光驱动纳米探测器飞向比邻星B-浩瀚科普

目前人类使用的各种火箭都是属于化学火箭，这种火箭的速度限制比较明显，目前人类发射最远的航天器是旅行者1号，正在以17公里/秒的速度离开太阳系，但是它一年也只能走3.6天文单位。距离我们最近的比邻星的距离为4.24光年，也就是26.8万天文单位，这意味着旅行者1号如果是飞往比邻星B的话，就需要超过75000年的飞行时间，这显然是不现实也没有任何价值的。

于是在2015年的时候，霍金等科学家发起了一个名为突破摄星计划（Breakthrough Starshot）的计划，打算以其他的方式用更快的速度到达比邻星B。

突破摄星计划内容

科学家将会研发一种厘米级别的微型航天器，每一个的质量1克左右，这种航天器通过纳米技术制造，所以可以实现很小的尺寸。但是关键中的关键是，这种纳米探测器将会携带一个4*4米的太阳帆。

然后再地球轨道上，使用相控阵激光器将激光聚焦在这些纳米探测器的光帆上，从而使得它们获得极大的加速度（大约为100千米/秒²，超过了10000g，远远超过化学火箭的加速度）。激光将会照射纳米探测器10分钟的时间，在这10分钟内每一个航天器可以获得大约1万亿焦耳的能量。然后每隔几天，就会用激光照射下航天器的光帆，最终使得纳米探测器的速度能够达到0.15倍光速，这样只需要大约20多年的时间就能够达到比邻星B。

比邻星B是一颗位于宜居带内的岩石星球，类似于地球，当纳米探测器进入到比邻星一个天文单位距离的时候，就会使用航天器中的照相机对比邻星B拍照，并通过航天器携带的激光器传回地球。

为了增加成功概率，一次性将会发射1000颗这样的纳米探测器，而地球上的相控阵激光器的输出功率将会超过100GW（三峡大坝的发电功率为22.4GW）。

虽然这个计划看起来不那么靠谱，但是科学家已经在推进概念验证机——Starchip（星片）计划的实施了。在2018年的时候，科学家将105个概念验证机送入国际空间站中，接着让它们尝试着在进入地球大气层之前传输数据，被证明确实是能传输数据的。

突破摄星计划面临的问题

这个计划目前还处于概念阶段，实施中会面临一系列的难题，比如轻量化的航天器对照相机、计算机、通信激光器、核动力源（为航天器设备提供电力）和太阳帆的小型化和轻量化要求极为苛刻。这主要是光推进的推力非常小，1GW的激光器（大约是一座大型核电站的输出功率）所产生的推力只有几牛顿，所以这导致利用光帆飞行的航天器的质量必须要尽可能的小。以目前的技术，还无法做到如此的小型化。

而且太阳帆在100GW激光的照射下，温度会升高到数千摄氏度，加速度会高达10000g，这需要太阳帆的材料在这种极端情况下不会融化或断裂，这对于材料的强度要求极高，远超现在的技术水平。

并且因为质量太小，这种纳米探测器将会舍弃很多东西，比如推进系统，这也意味着如果在飞行过程中，它们遇到一些稍微大一点的天体都可能会偏航，差之毫厘谬以千里，最终无法成功到达比邻星B。更不要说因为它们质量很小，宇宙中的尘埃对于它们是极为致命的存在，不仅仅是可能撞坏光帆，而是会直接让它们偏离预设方向。

突破摄星计划中纳米探测器的相关组件：

每个纳米探测器预计将携带小型相机、导航装置、通信设备、光子推进器和电源。此外，每艘纳米探测器都将配备一个米级轻型帆，由轻质材料制成，质量为克级。

相机：设想了五台亚克级数码相机，每台都具有至少200万像素的分辨率。
处理器：计划使用四个亚克级处理器。
光子推进器：计划使用四个亚克级光子推进器，每个都最低限度地能够在1W二极管激光水平下运行。
电池：计划使用由钚-238或镅241供电的150毫克原子电池。
保护涂层：计划使用一种可能由铍铜制成的涂层来保护纳米飞行器免受灰尘碰撞和原子粒子侵蚀。
轻帆：预计光帆不大于4x4米，可能是基于复合石墨烯的材料。材料必须非常薄，并且能够反射激光束，同时仅吸收一小部分入射能量，否则会蒸发帆。光帆在巡航期间也可以兼作动力源，因为与星际介质原子的碰撞会产生60瓦特/米²的功率。
激光数据发射器：假设地球上直径为30m的接收望远镜，激光通信器利用光帆作为主反射器，在比邻星B附近向地球发射数据的话，每瓦传输功率的数据速率为2.6-15波特。

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