曾經只存在于科幻小說中的“太陽帆飛船”，正被中國科學家，賦予堅硬的“骨骼”。最近，中國科學院沈陽團隊在空間結構領域，實現了新技術突破，一種輕如蟬翼，但又硬如鋼鐵的復合折疊材料，通過了理論建模和仿真分析的認證。這意味著，人類借光遠航的星際夢想，距離掙脫引力束縛又近了一步。

眾所周知，每當談到星際航行，推重比和宇宙速度，一直都是繞不開的話題。旅行者1號通過助推器加速，核脈沖推進系統和引力彈弓三種方式接力加速，也才堪堪達到每秒25千米。以這個飛行速度，離開奧爾特星云需要3萬年，抵達比鄰星則需要7.4萬年。因此，為了在盡可能短的時間，抵達更遠的星球，科學家們一直都在苦思冥想如何提升飛行器的速度。但傳統工質飛船，想要飛得快，就得攜帶相當多的燃料，以1970年提出的代達羅斯核聚變飛船為例，為了達到0.12%光速，最輕方案，飛船帶上燃料，也需要5.4萬噸，其中5萬噸燃料，都是較難獲取的氘和氦-3。此時，基于光壓力原理的光帆飛船，由此應運而生。

想要理解光帆飛船的原理，我們首先需要了解光子。光子靜止時質量為零，但運動時，光子具有動質量。換言之，在真空環境中，假如一個物體被光長時間照射，且該物體接收的光動量大于物體質量，排除其他力的干擾，該物體必然朝著光子運動的方向運動。根據光壓公式相對論動量定理等理論計算，只要光帆面積達到7000平方公里，重量控制在100噸，然后通過多臺功率100太瓦激光發射器照射光帆，光帆甚至能達到99%光速。按照旅行者1號飛往比鄰星的時間，這個7000平方公里的光帆，甚至飛出銀河系都是綽綽有余。

當然，7000平方公里，重量100噸的光帆，從短期來看，無論是工程層面，還是強度、技術方面，都很難做到。但是，相比達到0.12%光速，就需要燒掉海量資源的核聚變方案，光帆飛船的發展潛力，已經凸顯無疑。如果拋開99%光速的幻想，2016年，知名物理學家霍金和尤里米爾納，推出了一個比較現實的低光速光帆飛船方案，名為“突破攝星”。根據設想，該光帆飛船計劃，能夠達到至少15%光速。具體來說，霍金設想的光帆飛船，只需要10平方米的光帆，但整個風帆必須比羽毛還輕，光帆加探測器不超過1克，光帆厚度不超過100納米。光帆通過傳統火箭發射到太空展開，然后由地面的強大激光陣列照射，飛向比鄰星。

由于飛船無法減速，所以霍金設想一次性制造上百個，乃至上千個這種光速飛船，排隊射向比鄰星，然后抓住窗口期排隊探測。根據霍金的初步估算，整個計劃啟動資金需要1億美元，全項目成本，也只有100億美元左右。盡管攝星計劃所需要的光帆材料，在技術上依然不可思議。不過現在我們已經有些成果，美國布朗大學和荷蘭代爾夫特理工大學的研究團隊，已經開發出一種直徑為60毫米、厚度僅為200納米，將來有望擴展到米級的原型光帆。事實上，如果使用電子束光刻等納米精加工技術，目前技術可以實現50納米的氮化硅膜加工制造，只是成本問題，仍有待解決。

當然光帆除了足夠輕，還要足夠堅固，否則強激光照射，光帆本身很容易解體。這就凸顯出中國科學院沈陽團隊研究成果的重要性，光帆想要飛得快，還飛的穩，框架也非常重要。而沈陽團隊設計的輕質量高強度復合材料，雖然目前具體數據不得而知，但從“可以為太陽帆結構提供技術支持”來看，沈陽團隊制造的新復合材料，對于未來光帆飛船走入實用化，提供了堅實的基礎。并且光帆飛船所需的大功率激光，我們也是領域內的佼佼者。早在2004年，我國就已突破100太瓦激光大關，但是時間非常短，仍不實用。不過，100千瓦的激光發射器，主要強國都已突破。一步一個腳印，盡管100太瓦激光發射器，仍然任重而道遠，但就像可控核聚變一樣，問世只是時間問題而已。雖然，我們現在仍是仰望星空的渺小種族，然而可以想象，終將有一天，懸掛著大面積的太陽能光帆，由激光或者太陽能加速的低光速太空飛行器，將帶著人類的夢想，飛往一個又一個遙遠的星系，在宇宙中留下屬于人類文明的足跡。