虽然近几十年人类在天文观测领域取得了突飞猛进的成果，特别是在河外星系、地外行星探测、黑洞探测等方面拥有了填补历史空白的观测成就，但是由于我们的绝大部分探测活动，都是基于“望远镜家族”的间接探测，那些距离地球非常遥远的目标地，很多细节根本无法在我们面前展现。

光帆概念的提出

而受限于探测器飞行速度和飞行能力的制约，人类向深空发射的一些探测器，在距离地球一段距离甚至还没有出太阳系的时候，就很难再传回有用的信息甚至失联了。拿距离太阳最近的恒星-比邻星来说，虽然距离只有4.2光年，如果以人类现有飞行最远的旅行者1号探测器的速度来衡量，起码得数万年才能到达，实在是太慢了。

因此，想要更加详细地对宇宙深空进行探测，并且为以后的人类星际航行打下基础，必须要尽可能地提升探测器的飞行速度，这样才能最大程度节约探测的时间和能源等各方面的成本。

随着科学技术的发展，科学家们逐渐意识到，或许会有一种方式可以高效提升物体在宇宙空间中的飞行速度，那就是充分利用太阳的能量。太阳光线在向宇宙四方照射时，由于光子本身具有动质量，因此当照射到一个固定的物体时，会对物体的表面产生“光压”，只不过我们在晒太阳时，身体所受到的光压非常小，我们感受不到而已。

不过，如果可以有足够大的面积来承载这种光压，并且将这个物体放到几乎真空的宇宙空间中，那么由光压的作用就可能会产生较大的推力，从而为物体在空间中的移动提供源源不断的能量来源。

美国前期所做的尝试

正是基于这个原理，美国于2016年启动实施了“突破摄星”计划，这个计划当时由霍金和其他几名著名的科学共同发起，并且得到了美国NASA的支持和部分资助。

根据当时科学家们的设想，需要研制出一种主体结构非常小的超微宇宙飞船，只有指甲盖那么大，重量仅有十克左右。在这种超微宇宙飞船内部，同样集成配置多种非常微小但高效的仪器设备，比如光推进器、相机、导航、通讯等。

在飞船的外部，也有一个非常重要的装备，那就是“光帆”，用特殊的材料制成，厚度仅有几百个原子直径大小，保障以最小的重量获得最大的表面积，当光帆完全张开后，宽度可以达到数米的程度。

当这个超微宇宙飞船发射升空以后，从地面上发射的激光或者太阳光线照射到光帆上，就会产生一定的光压，从而推动飞船快速移动，理论上在短短几分钟内就能达到每秒数万公里的速度，最终稳定在0.2倍光速，即每秒6万公里。从地球到最近的恒星比邻星，仅需要20年左右的时间就能到达，人类探测宇宙深空的时间，将大大缩短。

不过，当时提出的“突破摄星计划”，由于前期各方面的研究（主要包括光帆材料的生产、以及光帆、微型飞船和各种仪器设备）需要的经费达到50多亿美元，而且这种技术仅在理论上可行，在实践中会遇到诸多困难和问题，因此前期启动资金仅募集了1亿美元，相关研究工作仅处于起步阶段，没有太深入的进展，随着霍金的去世，这个计划就跟着暂停了。

美国重启“太阳帆”研发

利用光压驱动微型飞船高速飞行的这种设想，在实践中遇到的问题，即使以现在的科技水平看，也着实地难以破解，比如如何规避飞船飞行过程中可能遇到的障碍物？如何解决激光或者太阳光线在传播过程中的能量损耗问题？飞船能否承受住高加速度的冲击？在飞到遥远的区域时，向地球传回信息的能量来源如何保障？

近期，美国NASA重启了“突破摄星计划”的研发项目，重点是寻求解决微型飞船在飞行过程中的路线问题，解决的方案就是想利用光线的衍射原理，将发射到微型飞船上的光线传输角度进行适当的改变，从而推动飞船进行飞行姿态、飞行方向方面进行调整，最终达到躲避障碍物以及调整飞行路线的目的。

实施这个项目的关键，就是研发制造衍射太阳帆，在太阳帆中嵌入更加微小的光栅构造，来改变光线的入射角度，从而改变最终照射到光帆上的太阳光线方向。目前，美国NASA已经资助相关研究机构200万美元，用于这方面的研究。

不过，要想真正实现“突破摄星”，仅靠这种衍射太阳帆不是远远不够的，它只是提供了一种能够改变微型飞船改变航向的一种可能，但是如何提前判断改变航向的时机、如何设计更优的飞行方向、如何将入射方向固定的光线改变为所需要的方向等等，则成为了新的问题。

现在，除了美国之外，日本、我国等多个国家也在同时开展光帆技术和材料的研发工作，这种新技术、新材料极有可能成为未来人类进行深空探测的一个有效方案。从现在的情况看，相关国家的研究还处于非常初级的阶段，距离真正意义上的微型飞船高速飞行、甚至达到0.2倍光速的理想目标，还有非常大的差距，需要我们一步一个脚印去探索、去突破。