1936年10月31日，被称为“火箭男孩组”的6名年轻学者在一次挣脱地球引力的尝试中差点让自己焚身。当时，他们聚集在美国加州圣加布里埃山脚下的一个冲沟里，测试一部以酒精为燃料的喷气发动机。他们想证明火箭发动机能够进入太空，而当时这种理念被认为荒唐可笑。在这次实验中，一根氧气管着火后猛烈摆动，喷发火焰——实验失败。
　　“火箭男孩组”的大胆尝试引起了空气动力学家卡门的注意。实际上，卡门在加州理工学院已经和这个男孩组的两名成员共事过。后来，在“火箭男孩组”这次实验现场不远处，卡门建立了一个小型实验区，“火箭男孩组”在这里重新进行实验。1943年，这里变成了“喷气推进实验室”（即今天美国宇航局中的同名部门，简称JPL），卡门是该实验室第一任主任。今天的JPL规模宏大，雇员数千，但其创立目的一直没变，那就是——摒弃传统，挑战探索极限。
　　多年来，JPL获得了许多成功。JPL工程师在20世纪70年代初建造的先锋10号，是达到太阳系逃逸速度的第一艘飞船。在这之后几年，他们建造的旅行者1号和2号飞船成为速度最快的星际空间探索飞行器。从太空时代开始到两艘旅行者号飞船发射之间仅仅经过了20年，而火箭科学家就己实现了飞船速度翻倍。但在这之后几十年，只有一艘飞船跟随旅行者号的步伐向太阳系外冲去，而在提高飞船速度方面则停步不前。现在，JPL的火箭工程师们再度跃跃欲试，谋划下一次大飞跃。

　　这些工程师认为，只在太阳系以内转来转去是不够的，飞到已知行星以外去、甚至飞往其他恒星的时间已到。JPL飞行工程师布罗非正在研发的一种新型发动机，有可能让太空飞行速度增加10倍。JPL任务构建工程师阿尔卡来正在策划以飞行器飞向太阳为开端的远程旅行。而JPL科学家图瑞谢夫的理念恐怕是最狂野的，那就是让一部太空望远镜看清太阳系外类地（类似地球）行星的表面细节。
　　上述任务都有半科幻性质，但就算其中只有一项能够成功，其意义也非同凡响。“火箭男孩组”及其同事帮助人类进入了太空，而新一代JPL人则可能让人类进入星际空间。

“突破摄星”

　　布罗非的灵感来源于“突破摄星”计划。这个大胆过头的计划由英国科学家霍金和俄罗斯亿万富翁米尔纳在2016年提出。该计划的终极目的是建造一个1.6千米宽的激光阵列，用它把一部微型飞船加速到光速的20%，从而让飞船仅用20年时间就飞到半人马座阿尔法星系（与地球距离最近的另一个恒星系统）。
　　布罗非对“突破摄星”挣怀疑态度，但他同时又认为这个设想有趣。离奇的想法对布罗非来说并不新鲜，因为JPL向来鼓励突破传统思维，所以JPL内部包括布罗非本人的设想越来越新奇、胆大。但就算以这个标准来看，布罗非仍然觉得“突破摄星”太过远离技术现实。不过，他还是开始思考：缩小版的“突破摄星”计划是否可能在百年内变成现实？
　　布罗非最感兴趣的理念是，使用“突破摄星”风格的激光束来对付“火箭等式”。该等式把飞船运动与飞船搭载的推进剂数量联系起来。如果想飞得更快，就需要更多燃料，而更多燃料意味着飞船更重。这就是要用一枚超大型火箭发射一艘816千克的旅行者号飞船的原因。
　　从20世纪70年代末的研究生阶段开始，布罗非一直在研发一种有效性大大提高的火箭技术——离子推进。离子发动机运用电能把带正电的原子（称为离子）高速喷出推进器。每个原子只能提供很小的推力，但所有原子合起来能比常规化学燃料把火箭推至快得多的速度。更好的是，运转离子发动机所需的电能可以来自太阳能电池板，这样就无需船载燃料或发电机。通过从较少推进剂中获得更快的速度，离子发动机在驯服“火箭等式”方面前进了一步。
　　但离子发动机也有自身缺陷。它们离太阳越远，它们的太阳能电池板发电量越少。当然可以把电池板做得更大，但离子发动机的重量也大大增加。此外，离子发动机自身推力太小，离子火箭根本就飞不起来。离子发动机驱动的飞船升空后，要经过长时间才能让自己加速到破纪录的速度。布罗非深知这些问题。他参与设计了美国宇航局“黎明号”飞船上的离子发动机设计，该飞船最近完成了为期11年、对小行星灶神星和矮行星谷神星的造访。就算“黎明号”的太阳能电池板直径达20米，该飞船的速度从每秒0千米加速到60千米也花了4天时间。

离子发动机

　　正当布罗非为发动机效率与太阳能电力限制之间的矛盾而苦恼时，“突破摄星”计划公布。布罗非顿悟：如果用高强度激光束代替阳光对准飞船，会怎样呢？在效率更高的激光推动下，离子发动机运转更有力，但同时又降低自身重量，因為飞船无须搭载电源。
　　在有了这一顿悟的两年后，布罗非在JPL的小型实验室中制造了一部高性能离子发动机。它使用的锂离子比“黎明号”使用的氙离子轻得多，因此达到较高速度所需的能量也较少。新离子发动机的运转电压为6000伏特，而“黎明号”的为1000伏特。布罗非指出，如果采用激光来为新离子发动机供电，那么发动机的效率会更惊人。 　　但有一个“小”问题：这样的激光不存在。尽管布罗非把“突破摄星”理念大大降级，他却仍然需要一个100兆瓦的太空激光系统，该系统发电量是国际空间站的1000倍以上。如果成功，该激光系统将精确对准正在后退的飞船。布罗非承认自己并不确定将如何实现微缩版的“突破摄星”理念。就算是微缩版的太空激光系统，其实现的困难程度仍然远远超过已有的任何同类项目。而一旦建成，太空激光阵列能反复使用于不同太空任务，成为堪称万能的火箭推进器。
　　作为例子，布罗非描述了一艘由锂离子推动的飞船。它的100米直径的太阳能电池板能为他最新研发的完整版離子发动机提供充足电力。强度为阳光的100倍的激光照射太阳能电池板，让离子发动机能够从地球飞到64亿千米外的冥王星。然后，飞船以自身的极高速度巡航，每一两年飞行又一个64亿千米。以此速度，飞船就可能迅速探索彗星所发源的那些灰暗地带，或者寻找尚未被发现、但被认为存在的太阳系第九大行星。总之，这样的飞船能迅速飞到太阳系边缘的任何地方。

星际介质

　　和布罗非一样，阿尔卡来也认为“突破摄星”理念的方向正确，但该理念设计者缺乏耐性。在他看来，见在要想规划飞往另一颗恒星的任务从技术上讲门都没有，我们必须一步一步慢慢来。阿尔卡来心目中已经有这么一步。虽然迄今为止还没有哪怕一艘恒星飞行器，但可以发射探测器取样星际介质。所谓星际介质，是指流动在恒星之间的稀薄气体和尘埃。
　　阿尔卡来对了解太阳系外的物质十分着迷。他说，从根本上讲我们都是由这些物质创生的——生命起源于这些原始尘云。科学家已知星际介质中存在有机材料，但它们是什么类型？丰富度怎样？其中是否有水分子？这些问题目前都没有答案，而科学家急于探寻这些问题的答案。
　　科学家之所以对星际介质了解甚少，是因为无法触及这些介质。来自太阳的粒子爆发（即太阳风）把星际介质推得距离地球越来越远。但如果我们能前往太阳的影响范围之外，或者说320亿千米（地球与太阳之间距离的20倍）外，我们就可能首次检验星际介质——太阳系的纯净样本。
　　已经60岁的阿尔卡来很想很快知道星际介质的构成，因此他来不及等待研发巨型太空激光系统。他提出了一种相对简单、但目前也无法证实的技术——太阳热火箭。这种火箭将搭载大量低温液态氢（它们能避开太阳热量，但怎样避开是个未知数），在距离太阳表面大约160万千米的地方高速坠向太阳。在距离太阳最近处，火箭将丢弃防热盾，让太阳强热气化液态氢，让氢以极高速喷出火箭喷嘴。逃逸氢造成的推力，再利用太阳自身引力援助，飞船就以高达每秒100千米的速度开始星际旅程。这一速度比任何已有人造飞行器的速度都快，而且只会越来越快。
　　这是一项很有挑战性的任务，但阿尔卡来团队正在为该任务进行物理学建模。阿尔卡来希望能在2019年内开始测试热火箭系统的基本元素，然后把设计理念转化为真实任务，并且在下一个10年里或之后进行发射。发射之后10年，热火箭就能抵达星际介质。除了对银河系环境进行取样外，以热火箭为运载工具的探测器还可能检验太阳怎样与星际介质相互作用，研究太阳系中的尘埃结构，或许还能顺便造访一颗遥远的矮行星。如果能完成这样的旅行，那肯定将会是前所未有的。

太阳引力透镜

　　太阳热火箭和激光离子发动机听起来确实不得了，却根本不足以让探测器造访太阳系外环绕系外恒星的行星，原因很简单——路途太遥远。接过“火箭男孩组”的接力棒，图瑞谢夫正在研发一种巧妙的策略：前往一颗系外恒星的虚拟任务。
　　图瑞谢夫的设想是，发射一部太空望远镜到一个被称为太阳引力透镜的区域。该区域始于800亿千米外。这么远的距离听起来够吓人了，但却只有离我们最近的系外恒星与我们之间距离的千分之一。一旦进入太阳引力透镜，奇妙的事情就会发生。当你回望太阳，直接位于太阳背后的任何天体看上去都被拉伸，形成一道光环，并且被放大许多倍。这道环是太阳的强大引力像透镜一样扭曲空间的结果，遥远天体的光线表现由此被改变。
　　如果能让太空望远镜处在太阳引力透镜内的合适位置，那么太阳背后被放大的天体可能正是一颗耐人寻味的系外行星。让太空望远镜的镜头对准各个方向扫描光环，就能从光线读数解析出这颗系外行星的清晰图像，清晰度足以解析一颗100光年（900万亿千米）外的行星上小于16千米的细节。也就是说，可能看见云层和大陆，可看出天气模式和地貌特征，甚至可看见巨型城市或其他人造建筑（如果它们真的存在的话）。
　　如果JPL的专家们能解决把太空望远镜送往太阳引力透镜这一大难题，那么该任务本身就相当明了了。但该任务的挑战性也极大。图瑞谢夫及其合作伙伴（其中包括阿尔卡来）将需要研发一部与哈勃太空望远镜规模相仿的太空望远镜，或者研发较小型望远镜舰队，能挺过30年的旅途时间。他们还需要让望远镜上面的人工智能能在无需地面团队引导的情况下运作。最重要的是，他们需要找到目标——颗确实会引起人们极大兴趣的系外行星，这样的话美国宇航局才可能为这项看似不可能的任务投入巨资和几十年的研发时间。该局的“特斯号”太空望远镜眼下正在做一些勘测工作——扫描环绕太阳系附近其他恒星的地球大小的行星。
　　图瑞谢夫说，要想知道系外行星上是否存在生命，最终还是得造访系外行星。但这样的技术可能要等几十年乃至几百年才会出现，而在此之前引力透镜任务就可能寻找到潜在的调查目标。
　　太阳引力透镜之旅将把人造探测器引至星际探索领域。这也是一项非常狂野的半科幻任务，但前往太阳系之外的号角已经由它吹响。就让我们的幻想驰骋，并且期待幻想成真。（责任编辑 程辉）