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我们不会很快到达奥尔特云。NASA的“旅行者1号”——离我们最遥远的探测器，运行速度接近60000千米/小时，现在刚刚离开太阳系，将在大约300年后到达奥尔特云的内边缘，还需要3万年才能穿越过去。[26] 那么，我们如何又为什么要在那里定居呢？
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“如何”同时居住在彗星和小行星上，重点是核聚变，因为那里没有太阳或其他合适的能源。最大的挑战是通信。距离是如此遥远，从一个奥尔特社区向另一个奥尔特社区发送信息需要几天到几个月，这就意味着存在着卫星通信延时。就目前而言，“为什么”纯粹是科幻小说的题材。也许，当你对现实世界感到特别沮丧时，可以想象一下未来遥远的反乌托邦，邪恶充斥着太阳系，从水星一直到冥王星和柯伊伯带。恶棍们奴役了大部分人类，用他们控制的彗星撞击地球，致使地球毁灭。那时，奥尔特云将是你的避难所。你和你成千上万的战友很容易隐藏在几十亿个甚至上万亿个冰冷的天体里。如果你不向你的天体外发送信号暴露自己，那么被先进文明发现的概率微乎其微。数字和距离都对你有利。
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但如果每个人都能在未来的1000年里和睦相处，奥尔特云可能有助于建造一条星系间的高速公路。不像航线和陆地高速公路，星系间的高速公路不需要中途停留休息或加油。在太空中，停下来只会消耗燃料，破坏你积累起来的动量，因此迫切需要这些以10%的光速或更快的速度从一颗恒星到另一颗恒星的多年通道。奥尔特云团可以作为宇宙灯塔（注意，大多数恒星系可能都有类似的云团）。它们可以是导航的信标，但也可以用来推动飞船前进。[27] 在本章后面，我将讨论太阳帆。来自太阳的光子可以鼓动大型航天器的帆，并将其速度推进到光速的0.1%。太阳光线更分散，因此对更远的船帆的推力也就更弱。因此，奥尔特云中的信标可以向各个方向发射强大的、聚焦的激光，就像一股风让航天器来捕捉，无论是到另一个恒星系还是到我们太阳系的内行星都可以利用。根据星系间贸易的规模，奥尔特云居民可以通过控制信风过上好日子。
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那么，我们会和谁做交易呢？很可能是跟我们自己。因为就无线电信号或类似的电磁波谱控制而言，银河系中似乎不存在像人一样的智慧生命。即使有其他智慧生命存在，这些生物热衷于资本主义的可能性也相当渺茫。
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一种可能的情况是，在建立起贸易网络之前的几个世纪里，我们可能会乘亚光速飞行的世代星际飞船或星际方舟，出发前往新大陆。这个概念很容易理解：这些宇宙飞船规模巨大、自给自足，去往另一颗恒星的旅程需要数百年或数千年的时间。因此，一代又一代的居住者将在宇宙飞船上出生，在宇宙飞船上死去，除非我们那个时候有办法永生。
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这些飞船必须足够大。当前地球上的远洋邮轮，其长度比3个足球场还要长，却只能载5000名到6000名乘客，而且如果搭乘那样的一艘船，你会觉得那里糟糕得像地狱。但在宇宙中，这么多人还不足以支撑起一个新的太空殖民地。星际方舟需要在太空中建造。如果我们朝这个方向发展，第一代飞船可能会用从月球或小行星上开采的原材料建造。回想一下，小行星或彗星也可能被掏空形成世代星际飞船。这又引出另一个有趣的概念，即一艘2200年起航前往半人马座α星的“原始”方舟，可能会被一艘2250年起航、速度快得多的先进方舟所超越。第一艘船上的先驱者到达他们的目的地时，可能会非常惊讶地发现人类已经到达那里100年了。太空很大，希望他们不会为了同一个恒星系而争斗。
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极品飞车
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如果你不赶时间，乘游轮在海上游弋可能是个不错的选择。不过，我想不出花时间在太空中这样做有什么好处。没有什么风景可言，而且你是在一场致命的辐射风暴中航行。到达目的地越快越好。事实上，速度的相对缺乏是我们探索深空的限制因素。就算是我们建造的宇宙飞船可以抵御零重力、辐射和其他宇宙碎片，但我们如何才能有效地将整个太阳系的人类联系起来呢？更不要说各个恒星系之间的了。现在从地球到冥王星需要10年。这还是单程的时间。水手们有可能在海上待上几年，但不是几十年。
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第3章指出，火箭发射需要化学燃料或核燃料提供十足的推力，才能脱离地球引力。到22世纪，当人类准备探索深空时，火箭可能已经过时了。把人类送入太空，天钩和轨道环要有效得多，我们可以在那里登上等待着的宇宙飞船。然后，一旦进入太空，就会有更多的燃料可供选择。其中一些燃料可以将我们推进到接近光速的速度。
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离子和等离子体推进
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离子推进是乌龟和兔子的结合，一个通过一系列原子大小的推力来推动航天器达到极高速度的系统。在前往小行星的太空任务中，NASA和JAXA都成功使用了离子推进技术。这项技术的核心是作用力与反作用力：将带正电荷的原子或离子气体从后端推出，然后以同样的能量推动宇宙飞船前进。因为太空中没有空气阻力，所以宇宙飞船会随着每次轻推而移动得越来越快。
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化学燃料通过喷嘴以5千米/秒的速度喷出热气。大量使用这种燃料，就可以产生提升火箭的推力。当燃料耗尽，你就会以发射时达到的最终速度离开。离子推进器使用氙气作为燃料。当氙原子受到电子轰击时，氙原子失去了一个电子变成带正电的离子。正离子可以在电场中加速，并以40千米/秒的速度喷射出来。离子一个个被喷出，产生的推力很小，大约0.5牛顿，也就是举起一张纸的力。但是在太空中，这些推力可以叠加起来。NASA造访谷神星和灶神星的“曙光号”探测器使用离子推进技术（先用传统火箭将其送入太空），在4天内从0加速到100千米/小时。虽然速度不是很快，但对于这次任务所需要的精细机动来说非常理想。只要几周时间，装有离子推进器的航天器就能达到32万千米/小时的速度。这样的速度可以将前往火星的时间缩短到几个月。我们可以在大约5年内到达冥王星，而不是像“新视野号”一样花上近10年的时间。
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目前投入使用的离子推进器适用于轻型航天器，不适用于大载荷航天器——因为质量太大无法推动。NASA已经成功地展示了一种更高效的离子推进系统，只不过是在地球的实验室里。这种离子推进系统叫作X3或霍尔推进器（Hall thruster），可以产生5牛顿的推力，是“曙光号”上使用的氙气推进器的10倍。这意味着X3推进发动机可以将相当重的载荷——建立科学基地或定居点所需的那些必不可少的货物——发射到火星。
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在实验领域研究得更深入的是可变比冲磁等离子体火箭（Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket，VASIMR），由星际探索火箭公司（Ad Astra Rocket Company）研发，由前NASA宇航员富兰克林·常·迪亚兹（Franklin Chang Díaz）领导。目前的离子推进系统利用太阳能电池板产生电子轰击氙气，而可变比冲磁等离子体火箭利用无线电波将氩气“煮沸”产生电子，形成离子等离子体。星际探索火箭公司的工程师计算得出，航天器使用小型核 反应堆能源可以产生高能离子等离子体推进剂，到达火星只需39天，而使用化学燃料需要大约200天。[28]
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唉，现在看来，在这个奇幻的领域，人们热衷的东西似乎又成了电磁驱动（EmDrive）——一种假设的无推进剂驱动。它打破了各种物理定律，但人们还是对它进行了10多年的测试。原理是，在一个锥形装置中收集的微波可以来回弹跳，从而产生微小的推力。实验人员，包括NASA的一些人，认为他们看到了这种效应。如果可行，你就可以用周围宇宙射线的微波来驱动航天器。显然，这是星际航行的理想选择，不需要燃料你就可以达到极高的速度。但德国的一个工程师团队已经发现，在地面实验室中检测到的推力来自发动机舱内电力电缆与地球磁场的相互作用。[29]
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太阳帆
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太阳帆可以捕捉太阳风，或者更确切地说，是捕捉来自太阳光光子的压力。JAXA第一个在星际空间证明了这一技术。它在2010年将“太阳帆行星际飞船”（Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation of the Sun，IKAROS，伊卡洛斯号）送到了金星。这面太阳帆长14米、宽14米，只有几微米厚，就把这艘重315千克的飞船推进到了1440千米/小时或0.4千米/秒的最高速度。虽然这比离子推进器的速度要慢得多，但潜力仍然很大。注意，IKAROS是在逆“风”航行。2019年，通过众筹筹得的资金，行星协会（Planetary Society）成功发射并展开了太阳帆，证明飞船在不使用燃料的情况下可以在太阳系移动。
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从理论上来说，太阳帆只要离太阳足够近，在水星轨道以内，就可以捕捉到足够的微风，使其以400千米/秒的速度飞行，也就是0.1%的光速。[30] 这个速度非常快，仅用2年左右的时间就能到达冥王星。如果我们用激光束推动带帆的航天器，它可以飞得更快。“突破摄星”（Breakthrough Starshot initiative）是一个向4光年外的半人马座α星发射1000部微型太空探测器的项目。在地球上用强大的激光推动这些只有几厘米大小的探测器，并将它们加速到15%～20%的光速。这项聪明计划的一个问题是，当探测器到达半人马座α星时，如何减慢探测器的速度。降落伞在太空中不起作用。
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可能的和不可能的推进
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人类可以梦想。1996～2002年，NASA“突破推进物理项目”（Breakthrough Propulsion Physics，BPP）的工作人员就是这样一直怀揣着梦想，直到该项目被取消。他们做了一些数学和物理学方面的尝试，但大部分只是梦想。其中研究的一个概念是《星际迷航》中的曲速引擎（warp drive）。这不是那种普遍认为的比光速还快的旅行。相反，曲速引擎可以使空间弯曲——将空间挤压在一起——让你通过在波峰上跳跃来跨越很远的距离，而不是沿着每个波浪上上下下。
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你没有错过新闻发布会：曲速引擎没有成功。曲速引擎及其时髦的孪生兄弟虫洞，就概念来说都是可行的，因为它们不违反已知的物理定律。然而，扭曲空间所需的能量远远超过我们所能产生的能量，除非我们学会利用黑洞的能量。
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反物质燃料是有可能的。今天，我们已经可以在粒子加速器中制造反物质，尽管很难长时间储存。我们生产的数量实际上只是几个反质子，不到十亿分之一克。反物质是指带有相反电荷的相同粒子。反电子——称为正电子——带有正电荷，与一个电子的负电荷相反。一个反质子带有一个负电荷。它们非常不稳定，当反物质遇到普通物质时，粒子就会湮灭，不会留下任何灰烬——按照公式E=mc2 ，物质全部转化为能量。化学能的效率大约是1%，留下了大量灰烬。核能的效率约为10%。物质—反物质湮灭的效率是100%。所有这一切都是在说，如果能够利用反物质的能量（并非完全不可能），我们就会有一种燃料来推动我们以超过光速40%的速度前进。在这一点上，我们要担心的是移动得太快，因为以这样的速度在宇宙碎片中穿梭会侵蚀船体，就跟汽车挡风玻璃上的虫子一样，没什么好处……
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离现实更近的是核裂变和核聚变发动机。核燃料现在已经开始在太空中使用。NASA在“旅行者1号”和“旅行者2号”上安装了放射性同位素温差发电机（RTG），这两枚探测器目前正在离开太阳系。钚衰变产生的热量可以发电。RTG已经用于多枚探测器，比如“好奇号”火星车。然而，太空中的核裂变一直是一项挑战。NASA的“核发动机运载火箭应用”项目（Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application，NERVA）在20世纪50年代和60年代运行了20年。这种以核裂变为动力的火箭，原计划在20世纪80年代将人类送上火星，但事实证明，进一步研发成本太高。该项目在20世纪80年代后期以“森林之风计划”（Project Timberwind）的形式重生，由战略防御计划（“星球大战”）资助。过去和现在的问题都是核燃料的安全性，特别是航天器从地球发射的过程中。如果火箭爆炸，那么大片土地将被有毒的核燃料所覆盖；如果一个国家的火箭在另一个国家爆炸，那将是一场人类的噩梦。尽管如此，核发动机技术还是相当先进的。因此，如果在没有生命的月球上用本地制造的核燃料发射核裂变火箭，绕过安全顾虑，是可行的。
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如果我们掌握了核聚变技术，从月球上用当地氦-3资源提供的动力发射大型航天器的可能性就更大。与化学燃料相比，核燃料不仅能提供更多的能量，而且燃烧效率更高。这意味着我们可以使用核燃料以更小的燃料—货物比让航天器飞得更快、更远。脉冲核聚变一次只使用少量的核聚变燃料，就能产生一系列推力，可以将航天器的速度推进到光速的10%。
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预测
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