爱华网何时飞出太阳系
我国著名科学家钱学森指出，宇宙航行应划分为两个阶段：第一阶段为航天，即冲出地球大气层，在太阳系的广阔范围内活动；第二阶段为航宇，即冲出太阳系，到银河系和河外星系更广阔的宇宙空间活动。
航天，从1957年苏联发射成功第一颗人造地球卫星算起已有50多年的历史，那么，人类何时才能飞出太阳系，进入航宇时代？
飞出太阳系：需要克服哪些难题？
实事求是地说，目前的科学发展水平和实用的航天技术，还远远不能适应飞出太阳系的要求。如：爱因斯坦相对论正确吗？宇宙中生物的起源、进化的环境条件是什么？生物，特别是智慧生物的活动，对行星有什么影响？重力对物理、化学和生物过程有什么重要作用？目前人类进入太空，还只是稀罕的短期行为，而且所需要的一切，几乎都由地面供给。航宇活动必须有成熟的人造生物圈技术，以解决人的生存条件和生活供应问题；必须有发达的太空工业，以提供各种用品；还需要极大地完善宇宙飞船的结构、制造、发送、轨道装配和驾驶技术、空间能源技术、空间运输技术、空间推进技术、人造重力技术和远距离通信技术等等。
最主要的难题：速度是否可能战胜距离？
宇宙航行是围绕着速度展开的。要航天，火箭必须产生空前的速度（7.9千米/秒），才得以冲破地球强大引力的束缚；而要航宇，则必须达到16.7千米/秒的速度，去战胜更大的太阳引力。但是，速度的重要还不仅仅是挣脱引力的问题，它更重要的作用，是战胜茫茫宇宙广阔的空间。
我们知道，离我们最近的恒星，即半人马座比邻星，距我们有4.2光年之遥，约42万亿千米。在距太阳12.3光年的范围内，只有20颗恒星。与最亮的天狼星相距8.7光年，与我们熟知的牛郎星和织女星，相距分别为16.63光年和26.3光年，与有名的参宿七相距850光年，与离银河系最近的仙女座星系为230万光年。遥远天体与我们的距离，则以百亿光年计算。如果宇宙飞船以16.7千米/秒的速度航行，到比邻星需要约8万年，到牛郎和织女星分别约32万年和46万年，到参宿七则约要1614万年，到仙女座星系需要约437亿年的时间。
显然，与从航天到航宇有质的飞跃一样，战胜距离的速度，比战胜引力的速度，也要有质的飞跃，即必须使现有的火箭速度千万倍地提高。
目前的航天运载火箭，是靠燃烧推进剂的化学能来产生动力，质量大，作用时间短，几十、几百吨推进剂，几分、十几分钟就消耗完了，而且能量较低，所达到的速度有限。
怎么办？目前人们想到的办法之一，就是开发质量小、作用时间长和高能的空间动力能源，如电能火箭、阳光动力火箭、激光火箭、核能火箭，以及微波动力、激光动力、反物质推进等等。
电能火箭的推力虽然很小，但经过较长时间加速，也可以达到足够大的速度；阳光动力火箭虽然离太阳越远，效率越低，但由于质量较小，可设法在远离太阳以前，使飞船加速到较高的速度；微波或激光动力则由设在绕地球或太阳运行的轨道上的发生器产生微波或激光束，作用在已启航的宇宙飞船的特制帆上，使飞船加速前进，连续加速几年，可使飞船达到很高的速度；核能火箭和反物质推进一旦技术上得以实现，靠其高能，自然可以大大地提高速度。
假如用上述办法或今后找到的其他办法，最终将宇宙飞船的速度提高到16.7万千米/秒，则到比邻星去，包括开头加速和最后减速的时间，只要10来年，用20多年的时间，就可以做一趟来回飞行；到天狼星需要30多年，寿命70岁的人可以飞一个来回；但到牛郎星和织女星去就不行了，来回需要近百年和百多年的时间。
速度还能提高吗？可以。光的运动速度为30万千米/秒，而16.7万千米/秒的速度只不过是光速的一半多一点，飞船的速度当然可以向光速看齐。20世纪50年代初，德国人桑格尔提出光子火箭的设想，让火箭喷射光子流，使飞船以接近光速的速度飞行。如果宇宙飞船真能以光速飞行，则来往比邻星一次，只要10多年的时间，到天狼星去只要约20年；能活60～80岁的人，就可到牛郎星和织女星去转一圈；当然，到参宿七去还不行，来回需要1700多年的时间；到仙女座星系去，来回需要460万年，那还是望尘莫及的。
还能再提高速度吗？不能。爱因斯坦的相对论告诉我们，宇宙中以光速为极限，而且，其他任何物体的运动速度，只能无限接近光速，而不能达到光速，实际上不会有以光速飞行的宇宙飞船。这是为什么？根据相对论理论，运动物质的质量，随速度的增加而增加，当速度无限接近光速时，质量变成无穷大，需要无穷大的推力才能使它继续加速。无穷大是没有意义的。那么，有超光速吗？在天文观测中有超光速视觉现象，但绝大多数科学家很难认可超光速的存在。何况，根据相对论理论，一旦超过光速，时间就会倒流，这与宇宙航行无补。
宇宙航行与速度的关系就到此结束了吗？没有。在宇宙航行“山重水复疑无路”的境况中，正是在与速度的深一层关系中，迎来了“柳暗花明又一村”的豁然局面。
解决的出路：《相对论》的奇迹
1905年，爱因斯坦在他的《运动体的电动力学》一书（即狭义相对论）中揭示了一条规律：当一个物体高速运动时，会产生速度效应，即相对同一目标是静止的物体来说，如高速飞行的宇宙飞船相对地球来说，距离会收缩变短，时间会膨胀变慢；越接近光速，这种速度效应越显著；到几乎接近光速时，距离几乎为零，时间几乎停滞。
怎样理解这种速度效应呢？
如果我们在高速飞行的宇宙飞船上放一架时钟，在宇宙飞船上看，时钟仍然在正常地运转，但如果与地球上同样的时钟比较，它的运转速度变慢了，也就是相对地球上时间来说，宇宙飞船上的时间膨胀了。如果飞船上的时钟相对地球上的时钟慢50％，也就是飞船上的时间膨胀了1倍，1小时相当于地球上的2小时；如果飞船上的时钟慢98％，则时间膨胀了50倍；飞船的速度无限接近光速时，则那里的时钟将几乎等于停摆，时间就无限地膨胀了。
如果我们在高速飞行的宇宙飞船上放一把尺子，用这把尺子量飞船上的一切物体，它们的尺寸一点也没有变化。但是，如果用这把尺子量飞船飞过的距离，我们会发现，这段距离比从飞船外测得的数字要小，即距离缩短了。也就是说，飞船上尺子似乎变长了。如果相对地面上的同样的尺子变长了1倍，则就是距离缩短了50％，如果尺子变长50倍，则距离缩短了98％，如果距离几乎为零，则尺子变成无限长，也就是宇宙飞船的速度无限地接近于光速了。
速度效应是一个倍增器，增加一份速度，可以得来百倍、千倍、万倍的效果。如当宇宙飞船的速度达到99.9％的光速时，由于时间膨胀了22.37倍，到比邻星去只要9个多月。当然，到参宿七去还要40多年，到仙女座星系去要10万多年。
但是，只要再增加光速的0.0999999％，则时间会膨胀2000多倍，到比邻星、天狼星、牛郎星和织女星的时间，分别只要17、35、66和105个多小时，这大致相当于从北京坐火车到上海、广州、乌鲁木齐和莫斯科的时间；到参宿七也只要5个月的时间。当然，到仙女座星系去仍然需要1000多年。
不过，只要再增加光速的0.0000000999％，则时间又会膨胀6400多倍，飞船上的7分钟，相当地球上的1年。这样，到上述5个星附近去旅游，最远的也只要四五天的时间，就像串亲戚一样容易了。只要四五年的时间，就可以在银河系转一圈，即使是到仙女座星系去，也只要36年，这已是可以接受的时间。
如果让飞船的速度再向光速接近一些，使时间膨胀182.5万倍，则飞船上的5天，相当于地球上的5000年，这就是人们传说的“天上方数日，地上几千年”了。
速度效应带来的时间膨胀效果是显著的。如果没有速度效应，即使可能使飞船的速度达到千倍、万倍的光速，到仙女座星系去，也需要2300年或230年的时间，那千万倍的超光速是不可想象的，而对解决宇宙航行问题，却仍无济于事。
在今后的几十年内，人类主要是努力开展太阳系内的航行活动。在这期间有许多科学研究需要取得突破，如查明地球天气与太阳活动的关系，可准确预报30天气象、地震和太阳耀斑；准确查明地球辐射带；在空间站上建成自给自足的生物圈；在太空工业场生产砷化镓晶体和需要的新状态物质；在月球和火星上解决水的问题；找到太阳系外的行星；证实冥王星上甲烷火山的存在；在天王星海洋中找到氨基酸；在彗星冰块中寻找到超新星碎片；探寻到爆发星系中的高能能源，绘制出黑洞图像；检测到爱因斯坦预言的重力波；探查到占宇宙总质量90％的丢失物质等等。
何时飞出太阳系，就看相关科学技术何时取得突破性进展了。
