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有一天，在不远的将来，人类可能会发射机器人探测器来探索附近的恒星系统。这些机器人探索者可能会采用光帆和晶圆飞行器(突破摄星)的形式，依靠定向能量(激光)加速到相对论速度——也就是光速的一小部分。以这样的速度，光帆和晶圆飞行器可以在几十年而不是几个世纪(或更长时间!)的时间内完成穿越星际空间的旅程。假以时日，这些任务可以成为涉及宇航员的更雄心勃勃的探索计划的探路者。

当然，任何关于星际旅行的讨论都必须考虑这所带来的巨大技术挑战。在最近发布到arxiv预印本服务器上的一篇论文中，一个由工程师和天体物理学家组成的团队考虑了相对论太空旅行对通信的影响。他们的结果表明，在任务的巡航阶段(航天器以接近光速行驶)，单向和双向传输的通信会出现问题。这将对载人任务构成重大挑战，但机器人任务基本上不受影响。

该团队由加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学名誉教授davidmesserschmitt组成;ianmorrison，科廷大学国际射电天文学研究中心(icrar)研究员以及通信和信号处理开发商astrosignalptyltd的研究员;thomasmozdzen，亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的研究科学家;以及加州大学圣塔芭芭拉分校物理学教授兼实验宇宙学小组组长菲利普·鲁宾(philiplubin)。他们论文的预印本最近出现在网上，并正在接受爱思唯尔的审查以供出版。

在他们的研究中，该团队考虑了机器人(无人)和载人任务概况。前者包含类似于星际探索的摄星和定向能量推进(deep-in)的概念。星光——概念。后一个概念是lubin教授和他在ucsb实验宇宙学小组的同事自2014年以来通过nasa创新先进概念(niac)项目开发的概念。然而，他们的分析有所不同，因为它考虑的是航天器接近光速的场景，而不是星光和射星概念所要求的10%到20%。

对于无人任务，远程控制操作和数据传输在某些阶段需要可靠的通信。然而，对于载人任务来说，与家乡保持持续的通信对于宇航员的长期福祉至关重要。无论任务概况如何，通信总是归结为电磁频谱(无线电波、激光等)中的传输以及它们如何在空间中传播。正如该团队通过电子邮件告诉《今日宇宙》：

“我们所做的假设是通信信号是电磁的，因此通过光子传送。这与通信信号的传播速度有关，又与传播延迟有关。定时/延迟关系与波长无关，因此适用与无线电、微波或光学一样。”

另一个关键考虑因素是相对论速度的通信必须考虑狭义相对论的影响。简而言之，以光速的很大一部分运行的航天器将经历时间膨胀，其内部时钟将比地球上的任务时钟前进得更慢。另一个考虑因素是任务之间的通信将受到多普勒频移的影响。正如狭义相对论告诉我们的那样，光速在真空中是恒定的，并且不会根据观察者或光源的运动而加速或减慢。

但如果物体之间的空间扩大，光的波长将向光谱的红端移动(又称红移)。他们的分析发现，对于机器人任务来说，情况会更简单，因为仅在着陆阶段才需要通信。然而，对于载人任务来说，任务的所有阶段都需要持续通信，包括巡航阶段(航天器将加速到相对论速度)。该团队表示，在这种情况下，出现了问题：

“考虑的主要影响是大的传播延迟以及高速运行的时钟的时间膨胀。分析是从相对论速度的旅行者而不是惯性观察者(如天文台)的角度进行的，据我们所知，以前的文献中没有考虑到这一点。结果表明，往返消息延迟可能非常高，流媒体的速率可能会显着减慢，并且在某些情况下，通信变得不可能。相对论航天器及其宇航员必须很大程度上是自主运作的。”

这些结果对星际任务的可行性具有严重影响。在任务的某些时期无法与地球保持联系、传输信息的困难以及自主的需要都带来了重大挑战。在这种情况下，子孙后代可能会选择将星际任务限制在机器人探索者身上。或者，他们可以选择让船员冬眠或低温悬浮，这样在巡航阶段就不需要通信。

然而，正如该团队指出的，他们的分析归结为量化相对论任务维持通信的挑战。在尝试规划星际探索之前，这是绝对必要的。此外，从现在到人类星际任务被考虑的那一天，可能会出现一些创新和变化，从而改变现状。正如他们总结的那样：

“任何涉及宇航员的未来星际任务的设计，尤其是在更远距离的任务，都将受到长距离和接近光速的航天器速度所造成的通信限制的显着影响。虽然分析方法是通用的，但数值计算结果应用于假设的未来任务，人类以接近光速旅行。虽然当前的推进技术无法实现这种速度，但这种情况可能会改变。这些速度对于人类前往最近的恒星可能不是必需的，但可以使人类能够以接近光速的速度旅行。在典型的人类一生中可以旅行到更远的距离。”