如果將激光的功率增大到43000×1012瓦,那麼則可使飛船以l/3克加速,16年飛行0.4光年的距離,速度達到50%的光速。由於速度效應,20年可到達距我們10.8光年的EE星係。在離EE星0.4光年距離時,外層移位,將激光束反射到交會級上,由於作用方向相反,經1.6年減速,就可以較低速度在某顆行星上著陸,或低速飛行進行考察。全部航行時間23.2年。如果飛船在那裏探測5年,然後將返回級分離出來,交會級將反射麵朝向太陽係,飛船就會加速返回地球,來回時間為51年。

光子火箭推進20世紀50年代初桑格爾設想的由光子火箭推動的宇宙飛船,分三部分。最前麵是供宇航員工作和生活的座艙。中間部分是燃料貯箱。最後麵是動力部分,它的主要部件是巨大的凹麵反射鏡,麵積達幾十平方米。光子發生器在反射鏡的焦點上,推動飛船高速前進。

那麼,光子從哪裏來呢?物質是由原子構成的,原子是由質子、中子組成的原子核和核外電子構成的,不同物質隻是質子、中子和電子的數目不同,如氫原子核為一個質子,核外一個電子;氦核為兩個質子、兩個中子,核外兩個電子等等。質子、中子和電子等粒子,統稱為亞原子粒子。三四十年代,科學家發現,每一種亞原子粒子都有與它對應的反粒子存在,如反質子、反中子和反電子等等。正粒子組成正物質,就是我們日常接觸的各種物質,反粒子組成反物質。不過,迄今在宇宙中沒有找到天然的反物質,隻能在高能核物理實驗室製造出幾種粒子。

科學家們相信在宇宙大爆炸初期,由能量創造物質時,正物質與反物質是成對出現的。與此過程相反,正物質與反物質相遇時,會雙雙消失(科學上叫湮滅)放出光子,同時放出鎖閉在物質中的能量。桑格爾的光子火箭,設想用質子和反質子即氫與反氫湮滅來產生光子。

反物質推進人類不僅可以利用正反物質湮滅產生的光子來作宇宙飛船的動力,而且可以利用它釋放出來的巨大能量來推動宇宙飛船。據計算表明,隻要用9千克正反氫湮滅產生的能量,來加熱4噸液氫,可把1噸重的宇宙飛船以10%光速的速度送往比鄰星。因為正反物質湮滅,能100%地將物質轉換成能量,而核裂變隻有0.1%,核聚變也隻有0.7%。正在研製的由反物質衍生的火箭燃料,衝比可達5~10萬秒,這比普通火箭燃料高5~50倍。

美國人羅伯特·佩奇設想了一種反物質推進的星係際飛船,用500萬年飛向離銀河係最近的仙女座中的大漩渦星係。這需要10萬代人的生命延續。為了保證人口質量和文化穩定(最主要的要記住從哪裏來,到哪裏去),需要幾個種族的好幾千萬人同行,這就是一整個社會。因此,這艘飛船必須能提供幾千億平方米的表麵積,供居住、生活和工作。飛船的質量在500億噸以上,加上幾乎同樣質量的反物質(如磁懸浮狀態下存貯的反鐵),總質量在1000億噸左右。其中人員和幾億噸物質隻占1%。建造飛船和合成反物質,需要好幾千年的時間。為了避免飛船工作時輻射出來的能量(相當全世界核武器的總能量)傷害人類,飛船應在冥王星以外的軌道上建造與組裝。

飛船用所載的反物質和本身的結構材料湮滅的能量啟航和加速,同時為生活、交通、工農業、商業和學校等社會功能機構提供能源。在加速500年後,達到0.2%的光速,2萬年後達到8.8%的光速,4萬年後達到25%的光速,5萬年後停止加速時,達到40%的光速,這時飛船90%的質量已轉變為能量而消耗掉,而人口則增加到10億。飛船已飛出了銀河係。5萬年加速時間似乎很長,但它隻是整個航行時間的1%,就像100千米行程的汽車,用1分鍾加速到60千米\小時一樣。

在巡航期間,為了使飛船保持足夠的熱量,同時能容納足夠數量的城鎮和電子、通訊、交通等係統,需要花幾千年的時間,將飛船改造成卷席形。

在離目的地4萬年航程時開始減速,到達目的地後,飛船原始質量的9%又被轉換成了能量,人口則增加到50億。

星際衝壓飛船1克加速航行用什麼能源產生動力,始終是宇宙航行的主要問題,這既關係到飛船的速度,也關係到飛船的質量。最有利的辦法,當然是直接從太空獲取高性能的能源材料。

氫是宇宙中普通存在的物質。在廣闊的宇宙空間,雖然是高度真空,但仍然有氫分子和氫原子存在。在太陽周圍的空間比較稀少,每立方厘米隻有0.1個氫原子,在星際分子雲中多一些,每立方厘米達4萬個左右。當然,這比起地球大氣來是非常稀薄的,每立方厘米的地球大氣含有4萬兆個氮和氧分子。

科學家們設想,在已有相當速度的宇宙飛船上,安裝一個巨大漏鬥形氫采集器,讓它在前進過程中,把太空中的氫收集起來,然後讓它進行聚變反應,用所產生的能量使飛船加速。1克氫原子聚變可產生6300億焦耳的能量,是煙煤能量的2000萬倍。由於這種飛船與衝壓噴氣飛機相似,所以稱為星際衝壓飛船。假如星際衝壓飛船的初速度為16.7千米1鈔,為了每秒鍾收集到0.5克氫,氫采集器的直徑必須在幾百千米以上。

從增大速度,贏得時間來說,當然是加速度愈大愈好,但加速度過大,超重會影響人的身心健康。那麼,多大的加速度合適呢?

人類長期在地球表麵上生活,已習慣於承受地球重力,即1克重力加速度。如果星際衝壓飛船以1克加速飛行,人在飛船上生活和工作,既不會有超重,也不會有失重,與在地球表麵上一樣。

1克加速,速度增加是很快的,2年(地球上3.8年)可達到97%的光速,飛過2.91光年的距離。如果是到11.8光年的天蒼五(金魚座星)去考察,則在飛過航程中點以後,將飛船調轉180度,就會以1克減速飛行,最後以較低速度到達,考察1年後以同樣的程序返回,來回約七八年(地球上20多年)。如是在宇宙中周遊,飛船連續加速,12年飛出銀河係;14年飛過仙女座星係;20年飛過100億光年的距離。如果宇宙是球形的,周長900億光年,則飛船已經繞了宇宙1/9圈。由於飛船的速度已非常接近光速,速度效應非常顯著,隻要1~2年的時間就可飛過剩下的8/9圈,而回到地球。當然,地球上已過了900億年時間。宇宙新發現