世界上最小的航天器有多小？

长 3.5cm，宽 3.5cm，重量仅为 4g。

（图片来自 twitter @Breakthrough）

这个世界上最小的航天器名为「精灵（Sprites）」，虽然只有邮票大，但包含了太阳能板、微型控制系统、陀螺仪、磁力计、天线等，运转功率为 100 毫瓦，是目前世界上最小的全功能空间探测器。6 月 23 日发射升空的「精灵」，已于 7 月底进入近地轨道。

「精灵」是著名地外生命探索组织 「突破计划」（Breakthrough Initiatives）?的一个项目成果。2016 年，由史蒂芬 · 霍金宣布「突破计划」启动一个新的外星生命探索项目，名为「突破摄星」（Breakthrough Starshot），计划向距离我们最近的恒星系半人马座阿尔法星（Alpha Centauri，又称南门二）发射大量的微型星际航天器。

而微型航天器「精灵」进入近地轨道，是该项目的一个突破性进展。

（半人马座阿尔法星系中的两颗恒星，右上角为太阳系，图片由?L. Cal?ada/Nick Risinger?制作）

半人马座阿尔法星系统包括三颗恒星，其中一颗恒星——比邻星，是距离太阳系最近的恒星。电影《阿凡达》的故事，就发生在半人马座阿尔法星系的潘多拉星球中，2154 年人类已经能够前往那里开采稀有矿产了。在刘慈欣的科幻小说《三体》里，半人马座阿尔法星也是三体人的故乡。

（半人马座阿尔法星系的生命可能长这样？图片来自：电影《阿凡达》）

半人马座的比邻星距离太阳约 4.22 光年，没错，这就是太阳系与另一颗恒星最近的距离。微型航天器发射后，最终以光速 20% 的速度，也就是 59546 km/s 的速度飞行，并进行长达 20 年的星际旅行才能到达半人马座阿尔法星，这个科幻故事经常讲到的地方。

如果计划顺利，航天器将在本世纪内传回那里的相关信息。这是地球上不少太空迷们有生之年的等待。

（「突破摄星」原理动画，航天器在太空中穿梭）

1977 年发射的?“旅行者 1 号” 探测器，足足用了 35 年时间才飞到太阳系边缘。作为地球上目前走得最远的物体，它的飞行速度相对广袤的宇宙，依然是太慢太慢了。

扎克 · 曼切斯特（Zac Manchester）是负责设计这个航天器的工程师，这个小小的「精灵」，倾注了他将近十年的心血。在 Gizmodo 的采访中，他说：

最初我们要做的就是尽可能缩小航天器的尺寸，但在保证航天器能发挥作用的前提下，它究竟可以变得多小呢？我们面临的一个挑战是，尽可能小的航天器，怎样才能获取足够的能量向地球传回我们所需要的信息。

他还说到，现在的「精灵」只是实验性的航天器原型，他所做的工作也只是这个探索项目的初始工作。

目前已经有 2 个「精灵」进入了近地轨道，被系在拉脱维亚文塔卫星（Venta）和意大利马克斯 · 瓦利尔卫星（Max Valier）旁边。还有 4 个「精灵」在马克斯 · 瓦利尔卫星内，待解决通信故障后就会按原计划放出。

（「突破摄星」原理动画）

这次发射的「精灵」，还不是进行星际旅行飞往半人马座的那一批探测器。因为按照原计划，真正飞往半人马系阿尔法星的微型航天器，会搭载光帆，由地球上一千亿瓦特的激光对光帆进行推进加速，让航天器在两分钟内加速到光速 20%。

（被加速的太阳帆原理图，图片来自：Breakthrough Initiatives）

在大海中航行的帆船，风是动力。在外太空中航行的宇宙飞船，光是动力。帆船的帆，与宇宙飞船的帆，都是利用压差前进。

光帆（使用太阳作为光源时可称为太阳帆）依靠光的辐射差前进，只要有光就能继续运作和飞行。因此微型航天器不需要携带燃料升空，能够尽可能缩小自身的体积。

（《星球大战前传》中的光帆宇宙飞船，图片来自：wikia.com）

在《星球大战前传：克隆人的进攻》中，杜库伯爵乘坐的星际交通工具就是吉奥诺西斯太阳帆船（Geonosian Solar Sailer）。吉奥诺西斯太阳帆船的外壳打开后，能够张开巨大的太阳帆，通过聚集高能粒子风来产生推进力。在《三体》中，作者也描述了一架能够载人的辐射帆飞船，飞行原理与光帆类似。

（《太阳帆船》插图）

更早的光帆科幻故事可以追溯到 1963 年，阿瑟 · 克拉克出版了一本科幻小说《太阳帆船（Sunjammer）》，讲述了这样一个故事：

主人公约翰 · 默顿是一个飞船设计师，参加了一场从地球到月球的太阳帆船比赛。比赛开始后，七艘帆船开始散开，宛如蒲公英一样在太空中飘荡。在漫长的飞行过程中，默顿睡着了，他的「狄安娜」号帆船遭到竞争对手破坏，在最后关头，不得不舍弃帆船，眼看着自己的帆船飞向宇宙深处。

‘他永远不能赢得飞往月球的比赛了，但他的帆船却将是飞行在星际漫长航程上的第一艘人造太阳帆船。’