克里斯托弗·诺兰的《星际穿越》描绘了人类前往我们太阳系之外行星的旅程。从今天的技术水平来看，这样的旅程当然是不可能的。但对于科幻梦想家来说，有个好消息：一个由国防高级研究计划局（DARPA）资助的工作组正在努力使其在下个世纪成为可能。
100年星舰计划（100YSS）的负责人 Mae Jemison 告诉《大众科学》（Popular Science），人类殖民遥远星系仍然面临着巨大的挑战。但她相信，100YSS 可以汇集实现人类首次星际飞船所需的创新所需的多元化和创造力。
Jemison 在人类太空飞行方面拥有独特的视角。她是一名工程师、医生，并且曾是一名 NASA 宇航员长达六年，成为第一位进入太空的有色人种女性，她在“奋进号”航天飞机上绕地球飞行。宇航员们经常谈论太空中的“总观效应”，即一种与地球及其人民融为一体的感觉。但 Jemison 说，她发现自己被引向了相反的方向。
“我往下看，看到了尼罗河、金字塔，还有我的家乡芝加哥，我想让自己害怕。但在这扇舱门外面，是完全不适合人类生存的环境，”她说。“但我无法感受到。我宁愿在泡泡里，只有我的猫，飘浮在那里。”
事实是，Jemison 离地球从未远去。从太阳旅行者的角度来看，航天飞机宇航员几乎没有离开过地球。没有人曾到达过月球背面轨道之外。跨越《星际穿越》所描绘的距离，将需要技术和人类基础设施的巨大飞跃。Jemison 说，诺兰在影片中描绘的飞行器与今天在地球周围飞行的飞行器非常相似，这一点是错误的。
她将《星际穿越》中的挑战比作穿越撒哈拉沙漠——另一个广阔、无生命的区域，但人类已经征服了它。然而，自尤里·加加林首次进入地球轨道以来的 53 年里，载人任务尚未完成前往外国恒星的实质性部分。就像围绕沙漠穿越建立文化的游牧民族一样，Jemison 说，在我们尝试星际的浩瀚之前，我们必须改变我们对太空旅行的整个方法。
目前，缺乏强大而高效的推进系统将人类文明限制在这个太阳系内。例如，1977 年发射的“旅行者 1 号”探测器以比任何其他航天器都更远的速度远离地球。2013 年，它成为第一个进入星际空间的探测器。然而，它还需要 40,000 年才能接近另一颗恒星的附近。任何前往宜居系外行星的任务，都必须在几代人的时间内将更大的质量以远超当前速度的速度（接近光速的很大一部分）送往目的地。
Jemison 表示，可能加速飞船达到该速度（同样重要的是，能在另一端减速）的众多技术中，只有一种今天存在：核裂变。一些发电厂、核潜艇、卫星和航空母舰将衰变原子的热量转化为能量。但从未有任何反应堆推动过航天发动机，部分原因是裂变的危险和低效率，部分原因是管理核能使用的国际条约。
裂变失败的地方，其表亲或许会成功。也就是说，如果我们能使其奏效的话。聚变——将原子撞击在一起形成更大的元素，同时释放出巨大的能量——驱动着我们宇宙中的所有恒星。通过一些巧妙的方法，它也可以帮助我们到达它们。
为了说明裂变和聚变之间的区别，可以考虑一下美国在 1945 年对日本进行的核打击，它们使用了裂变炸弹，总爆炸面积约为 20 平方英里。而有史以来测试过的最大聚变炸弹的爆炸影响了 1,520 平方英里。
“我们不能将载具与其功能和载荷分开——它必须是不同的。”
聚变动力太空飞行的前景令人着迷，但即使在地球上建造高效反应堆的努力也停滞了几十年。在欧洲核子研究组织（CERN）产生的微小、嘶嘶作响的样本中的反物质，在接触物质时会以更大的力量湮灭。然而，科学家们只产生了少数几粒子这种奇异物质，并且在自发湮灭之前记录的储存时间是 1000 秒。简而言之，在加满一箱反物质燃料之前，我们还有很长的路要走。Jemison 还提到了可能建造巨大的太阳帆来捕捉光子并在巨大距离上加速飞行器。然后，巨大的地面激光器和能源可以推动飞船，而无需拖载星际发动机。
但 Jemison 说，推进系统只是星际飞船工程师必须解决的第一个也是最明显的问题，这一点也是许多科幻电影（如《星际穿越》）失败的地方。“将今天的太空技术应用于未来的一个问题是，它阻碍了我们的思维方式，”她说。她希望看到一部电影探索更激进的愿景。
“即使是《星际迷航》中的企业号，其内部看起来也与我们今天拥有的非常相似，有灰色的墙壁、军事化的层级和到处都是按钮，”她说。“我们不能将载具与其功能和载荷分开——它必须是不同的。”我们可以预料，在 2114 年建造的星际飞船，对我们来说将如同 1914 年的喷气式飞机飞行员看待双翼飞机一样陌生。
一艘前往另一个太阳系的飞船很可能需要没有返程计划就出发。它还需要包含一个能够滋养和保护数十年甚至数百年旅客的环境。Jemison 说，一艘郁郁葱葱的绿色飞船可能会载着第一批出发船员。部件会自修复，食物会在墙内生长。（这些工程挑战困扰着当今的火星殖民计划。）
然而，即使是巨大的、反物质驱动的、自给自足的太空殖民地，也可能在旅途中失败。一艘合适的星际飞船必须比可持续和强大更重要。它还必须保护其居民。使用当今的技术，巨大的铅屏蔽层必须将飞船居民与宇宙中恶劣的辐射隔离开来。（有人建议使用掏空的巨石。）但在未来，现在用于治疗癌症的磁性技术可能会扩展到偏转伽马射线，就像地球的保护性磁层一样。
所以，假设我们确实建造了一艘能够安全地将人口运送到数光年之外的飞船，那么如果没有一个充满活力、技能熟练的社区来居住，它将毫无用处，Jemison 说。“前往的船员，无论 50 人还是 10,000 人，都需要反映其来源星球的多样性——文化、性别和社会经济方面。”大约 10,000 名旅行者将是最低限度——少于这个数字，遗传健康就会受到影响（见下图）。
为了促进多元化的思考，Jemison 邀请了来自广泛领域的科研人员参与该项目，并设立了旨在让没有科学博士学位的人参与太空旅行的计划。例如，今天，纺织品和设计教授 Karl Apselund 正在为该项目研究星际服装。据院长 Doug Benoit 介绍，加州橙海岸社区学院已经获得了超过 200 万美元的先进航空航天制造培训资金，许多学生现在在那里工作，为 SpaceX 效力。Jemison 说，长期目标是扩大技术工人和技师的基础，他们有一天将构成大型星际船员的大部分。
人类迈向太空未来的道路漫长而充满未知的星云。克服它们将需要人类雄心的世代转变。Jemison 说，她很高兴诺兰的电影为星际探险的想法引起了轰动，但她希望这样的科幻电影在它们的愿景上能展现出更多的创造力。
“我有点难过，因为这部电影的出发点是我们把地球搞糟了，”她说。“我希望我们这样做的原因会更积极。”
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