几个世纪以来，人们一直梦想着乘着光之风高速穿越浩瀚的太空。
尽管这个想法听起来很异想天开，但仅仅通过光子的冲击，将反射帆慢慢推向光速，可能是我们在一生中到达另一颗恒星的唯一可能的机会。
说起来容易做起来难。光的粒子可能速度很快，但它们的力量很小。而如果你把帆做得足够轻，能感觉到辐射的惯性，那么持续不断的光子攻击又可能会无意中损坏它的材料。
在如此漫长的旅程中，制造一个能够承受星际旅行如此多威胁和危险的光帆，需要一些聪明的解决方案——也许就是最近发表在《纳米快报》杂志上的两项研究中提出的解决方案。
该发明由宾夕法尼亚大学和美国加州大学洛杉矶分校的工程师设计，作为“突破摄星”计划的一部分，该创新旨在找到达到星际飞船所需的耐久性和质量平衡的方法。
（突破摄星（Breakthrough Starshot）是霍金于2016年4月宣布联合互联网投资人尤里·米尔纳启动一项计划，以更好地了解宇宙，给科学和太空探索带来革命性的变化。具体目标是开发数千个邮票大小的纳米小型太空飞船，飞往我们最近的恒星系，并发回照片。）
宾夕法尼亚大学的机械工程师伊戈尔·巴加廷说:“光帆的想法已经有一段时间了，我们现在正在研究如何确保这些设计在星际旅行中幸存下来。”
就像空气微粒撞击布料做成的帆一样，辐射波与它们撞击到的任何物体交换动量。与空气分子不同，光子或轻分子，没有静止质量，所以它们施加的力很小。
举个例子，当你晒日光浴时，你身体反射的光线大约等于千分之一克。
有几种方法可以增强这种压力来让物体移动。一种是做一个更大的帆，可以捕捉更多的光子。另一种方法是让光线更加强烈，比如用大量的激光照射它。
但这里存在一些问题：帆越大意味着质量越大，而减小质量将使其更容易推动，但可能会降低其坚固性，使帆有撕裂的风险。
更多的光线也会带来一些问题。例如，随着帆的加速，击中它的辐射波长似乎会慢慢地向光谱的红端移动，从而限制了不会吸收太多红外线和过热的材料种类。
寻找合适的材料，使帆变得坚韧、轻便，并能够处理千兆瓦激光产生的热量，这是之前研究的主题。但没有人真正关注在加速飞船所需的特定距离内保持低吸收和高动量之间的权衡。
在这个最新的建议方案中，工程师们提议用由二硫化钼和氮化硅组成的两层化合物来制作帆，这两层材料都可以制成薄片，并具有各种光学特性，在光线延伸时可以平衡最小的吸收和发射。
第二篇论文不是从材料的角度来解决这个问题，而是从结构的角度来解决激光阵列增加光子压力的应变问题。
弯曲帆可以提高稳定性，就像降落伞那样，但正如研究的作者指出的那样，很少有人研究光压力对这种结构的影响。
在平方米的尺度上模拟一个圆球形弯曲的帆——一个可以牵引几克载荷的帆——团队证明了充分的曲率是可行的。
与另一项研究类似，研究人员还对加速时间的差异进行了修正，以找到机械应力、热应力和旅程时间的正确平衡。
理想情况下，“突破摄星计划”希望制造出一艘足够轻的帆船，速度可以达到光速的20%左右，足以在短短几十年内来到距离地球约4.3光年半人马座α星。
值得注意的是，这项技术可能永远无法运送乘客。在一段时间内，这仍将是科幻小说的素材。但它很有可能在我们有生之年让我们近距离观察一个陌生的恒星系统。
（独家编译：科幻世界）
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