吴汉钧：核聚变与星际旅行

国际漫游

人类最有可能的星际旅行模式，是以离子发动机、等离子体发动机、核聚变发动机、反物质发动机等，将具备高度人工智能的机器人送到另一个星系。

最近到电影院看了《阿凡达：水之道》，有影评人说，导演詹姆斯卡梅伦似乎拉大队到潘朵拉星球实景拍摄了。这既是观影者对电影动画技术（CG）的高度肯定，也是幕后团队对外星世界细节精雕细琢的真实呈现。

在电影故事里，潘朵拉这个虚构世界是南门二星系（Alpha Centauri）一颗行星的卫星。南门二是真实存在的星系，是最靠近太阳系的星系，距离我们只有4.37光年。因此南门二经常出现在科幻小说和电脑游戏里。

南门二虽然是太阳的近邻，但以今天的科技水平，到南门二作星际旅行，在我们这一代人，甚至未来几代人都是不可能的。人类寿命最长不过100来岁，航天器无法在太空人的有生之年，把他送到另一个星系。

美国日裔理论物理学家加来道雄在《人类的未来》一书中预测，人类最有可能的星际旅行模式是以离子发动机、等离子体发动机、核聚变发动机、反物质发动机等，将具备高度人工智能的机器人送到另一个星系。

现今的火箭采用化学燃料和氧化剂，一经点火，两者混合燃烧，把大量炽热气体往外喷射，产生的巨大推力将火箭和太空船推上天空、飞离地球。

离子推进器的效率是化学火箭的五倍到10倍，可以持久飞行，展开行星际旅行。美国国家航空航天局（NASA）已造出离子推进器，1998年升空的“深空1号”探测器是第一艘使用离子推进器的航天器。

等离子体推进器是效率更高的发动机。理论上，它可把从地球到火星的飞行时间，从现有的九个月缩短到少过40天，但它需要大量电流来产生等离子体，甚至或需要一整座核电站，才能维持行星际旅行所需的电力。等离子体推进器目前还处于实验阶段。

可展开星际旅行的发动机是核聚变推进器。美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点燃实验设施（National Ignition Facility）去年12月中宣布“核聚变点火”成功，除了意味着人类朝核聚变发电靠近了一些，也朝实现星际旅行的核聚变推进器靠近了一丁点。

核聚变是恒星发光发热的原理。恒星如太阳拥有无数的氢原子，两个氢原子结合在一起的反应就是核聚变，会产生中子、氦原子和巨大能量。科学家在1950年代试验成功的氢弹，就是一种核聚变。核聚变作为武器取得成功后，科学家便开始研究用于发电的受控核聚变。

受控的核聚变，好比把太阳装进盒子里。诺贝尔物理学奖得主德热纳（Pierre-Gilles de Gennes）曾说：“我们说我们将把太阳放进一个盒子里，这个想法很好，问题是我们不知道如何制造这个盒子。”

要稳定地控制核聚变，绝对不是一件容易的事。科学家必须给两个氢原子施以极大的温度和压力，才能促使它们结合。这首先必须输入极大的能量，科学家跨不过的坎是产出的能量始终无法超过输入的能量。这样的核聚变就没有商业价值了。

根据美国能源部的说法，国家点燃实验设施的“核聚变点火”成功，是首次得以实现“能量净增益”，也就是产出的能量大于激发核聚变的激光能量。

绝大多数媒体为这项试验成功喝彩，《经济学人》则持批判态度。《经济学人》的报道指出，实验室需要极大的能量来产生激光，一部分激光会激发核聚变，另一部分会浪费掉，而美国能源部并没有公开使用了多少能量来产生激光。换言之，核聚变产出的能量，很可能还是低于产生激光所投入的总能量。

核聚变发电还面对其他挑战，尤其是燃料极度稀缺，因为当中一些燃料如氦同位素氦-3，在地球的存量很少，只能到月球开采。

核聚变发电深深吸引科学家，因为核聚变可以产出巨大的能量，却几乎不产生核废料，即使有也容易处理；一旦发生事故，终止核聚变反应比终止核裂变容易得多，所以核聚变发电的前景比核裂变更有希望。

理论上，使用核聚变的推进器能让宇宙飞船达到光速的十分之一，从太阳到南门二只需要40多年。也就是说，一个人可以在有生之年到达太阳的近邻，也许那里真的存在一颗像潘朵拉的星球，等待人类去开发。

不过科学家认为，即使“核聚变点火”真的试验成功，距离商业化发电可不是三五十年就能成功的；距离造出核聚变推进器作星际旅行，就更不是本世纪所能实现的梦想了。

（作者是《联合早报》国际组副主任nghk@sph.com. sg）