科幻與現實：前進，宇宙！

在科幻小說裡，人類是註定要上太空的，無論是因為地球的生存空間不夠，還是人類內心深處的那種探索未知的欲望。然而現實世界的人類只能勉強到月球上而已，而且近四十年來都沒有再回去過，只能在離地數百公里的近地軌道中徘徊，但如果這個系列告訴了我們什麼的話，那就是科幻小說差不多是世上最準的預言書了，因此小薑並不懷疑人類會有「Boldly go where no one has gone before」的一天。

打造一艘太空船對現在的科技來說挑戰還是太多了，從動力系統，到維生，到通訊，到乘客的生理心理健康，有非常多的面向可以討論，但小薑準備把重點放在動力系統上，因為相較之下其他的都還算好解決，或甚至可以說動力系統如果夠好的話，其他幾樣的相對負擔就會低得多（想像一下飛機上和船上的乘客對食物的需求量）。目前人類已經掌握技術和理論上可行，但尚未掌握的推進技術有許多種，但在談這些技術前，小薑想先分析一下從地球到宇宙的盡頭，所需要的四種不同的太空船：

第 一種（I），是爬出地球的重力井，進入宇宙所要用的太空船，也是目前大部份在用的太空船。這個部份要求的是強大的瞬間爆發力，將飛行載具加速到地球的脫逃速率。技術上，目前的主流是化學能的火箭 -- 無論是從地面直接發射，還是靠飛機 帶到大氣層上緣，再用火箭飛完剩餘的部份 -- 但用化學能不僅危險（基本上就是把自已綁在顆大炸彈上），而且準備這些燃料在資源上是很大的浪費。但這部份是非做不可的，只有當人類在外太空建立了橋頭堡之後，才有可能從比較淺的重力井中獲得進一步發展的原料。目前聽起來化學能火箭最可行的替代方案有兩個，一個是太空電梯，另一個是電磁炮。

第二種（II），是在太陽系內使用的太空船。短時間的爆發力在這裡幫助不大，這種太空船需要有一定的速度，但也不須要太高。雖然化學能在這裡是能使用的，但在初始的加速後，接下來大部份的時間太空船都在定速滑行，並不是很有效率。現行的技術前往太陽系各處都要數年到十數年的時間不等，但隨著科技的進步，希望這個數字可以降低到數周，最多不超過數個月。

第三種（III），是前往鄰近的星球。這類的太空船動力最好是要能持續提供的，以維持固定的加速，而且太空船本身還要有減速的能力，並在抵達目的地之後，還要能回頭。

第四種（IV），是星際旅行，直到宇宙的盡頭。這種就無所謂了，引擎開到底，衝吧！

史上最大的兩架化學能火箭 -- 左邊是阿波羅計畫的 Saturn V，右邊是蘇聯的 N-1。四次 N-1 發射皆失敗。

化學能太空船（I、II）- 是目前絕大部份太空船的動力源，主要是靠化學反應產生的爆炸的反作用力，推動太空船飛行。化學能太空船最大的缺點，就是每單位質量產生的推力（稱為 Specific Impulse）並不高，看起來兇猛，但一下子就燒光了。所以化學能太空船相當適合作為逃脫地球重力井的手段（短時間內須要大量的加速度），在太陽系中也算是有用，但要靠化學能太空船進行星際旅行，卻是力有未逮了。

Saturn V

美國海軍試射電磁炮

電磁炮（I、II）- 電磁炮靠強大的電磁鐵加速物體，被加速物體的速度理論上是沒有上限的，只要有能量，和一根很長的炮管，就能將太空船加速到可以脫離地心引力的程度，然後直 接射上太空，或是建在太空中，直接將太空船射向目的地的星球。這種方式的最大問題，就是加速度會非常猛，可能有上百 G 之譜 -- 快是快沒錯，但沒有多少東西能撐得過這麼高的加速度吧？人類是肯定不行的 :p。因為電磁炮只有在炮管中的那一段短短的時間有加速度，離開之後就是定速飛行，所以不適合星際旅行。

不怎麼清楚的離子推進器影片（畢竟是 98 年拍的）

離子推進器（II） - 離子推進器已經研發了許久，是一種低推力，但高效率的引擎，一啟動之後（如果燃料足夠的話）可以持續提供推力數年之久，因此適合太陽系內的長途旅行。離子推進器有很多種，但基本上的原理，是先將攜帶的燃料（目前最多的是氙氣）離子化，再靠著產生出來的電磁場，將這個離子從引擎後方推出去，產生動力。離子推進器除了燃料攜帶有限之外，將燃料離子化的過程也需要相當程度的能量。在太陽系內離子化燃料的能量可以來自於太陽能板，但長途星際旅行的話，太空船還必須要攜帶這部份所需的燃料，因此離子引擎也不適合星際旅行。

Deep Space 1

太陽帆張開的假想影片

太陽帆（II、III）- 太陽帆是在太空中張開一面大鋁箔當作「帆」來提供動力的技術。很多人都以為太陽帆是以太陽風為動力的，其實不然。太陽風（由太陽上層吹出的電漿）的確是能推動太空船，但和太陽帆真正的動力源 -- 陽光的幅射壓 -- 相比，只有其 1/5000，因此太陽帆主要的動力源就是陽光。太陽帆太空船不需要自帶燃料，因此雖然幅射壓提供的推力不大，還是足以推動小型的太空船，可惜距離太陽愈遠，幅射壓就愈弱，因此單純的太陽帆只適合在太陽系內使用。想用太陽帆做星際旅行的話，有科學提出可以在太空中建造巨型的鐳射光陣列，由巨型的太陽能板提供能源。如此一來旅行中的太空船就有了持續的動力源，據估計可以如此加速到 1/3 光速之譜。唯一的問題，就是太空船的回程要靠在目的地建立另一組鐳射才行，麻煩啊！

Cosmos 1

核子脈衝動力（III）- 或應該叫它「核彈動力」才對？這種推進方式，是在太空船後方引爆迷你核彈，太空船再「騎」著爆炸產生的震波向前加速。這種太空船的想法很好，同時擁有高推力和高 Specific Impulse，但核彈？這兩個字一出現，就註定了核子脈衝動力火箭很難有成真的一天。不過科學家還是不排除以核子脈衝動力火箭作為星際太空船動力的可能性，理論上可以將直徑 400m，質量 8,000,000 噸的太空船推到 1/10 光速 -- 在這種速度下，到最近的星球大約要 44 年。Carl Sagan 認為，這是個消耗人類核彈庫存的好辦法 XD。

Project Orion

反物質引擎（II、III、IV） - 人類目前還沒有掌握反物質火箭的技術 -- 嚴格來說，人類手上連反物質也沒有幾顆，但反無質無敵高的能量密度，讓反物質成為相當誘人的發展方向。在合理的能源利用效率下，據信 4mg（千分之四克）的反物質就足以將太空船在數週內送到火星，但問題是依現有的技術生產起反物質實在太困難了，要有足夠的產量供太空船常態使用，還有很長一段路要走。

巴薩德衝壓引擎（III、IV）- 巴薩德衝壓引擎的想法，是利用一個巨型的電磁場「網」收集太空中的氫氣，再將這些氫氣進行核融合反應，產生動力。當然這樣的描述是過於簡單了，但基本上收集的氫氣量（既產生的動力）足不足夠是關鍵，如果能維持 1G 的加速度的話（順便產生人工重力），一年就能加速到 77% 光速。不過這東西還很遙遠，畢竟人類連核融合的技術都還沒掌握呢 XD。

Bussard Ramjet

曲速引擎（Alcubierre Drive）- 這大概是少數科幻能直接跟科學結合在一起的例子吧 XD。墨西哥物理學家 Miguel Alcubierre 從 Star Trek 中獲得靈感，想用數學的方式試試看 Star Trek 中的曲速引擎（Warp Drive）是不是真的可行的，結果還真的在 1994 年被他算出了一個不違反現在物理定律的解來。簡單來說，Alcubierre Drive 是在太空船的周圍形成一個扭曲空間的泡泡，以壓縮泡泡前方的空間，同時拉長泡泡後面的空間以達到移動的效果。理論上這樣的系統是可以超光速的，但是如果產生出這樣的一個泡泡目前還未知。有一說是建立這樣的引擎須要「奇異物質」、有一說進了泡泡內的物質永遠都出不來，也有一說是需要一個曲速泡泡才能產生一個曲速泡泡（即現實中這是辦不到的）。無論如何，這都是個非常理論性的太空航行方式，但好想要它實現啊 XD。

Alcubierre Drive