在资源耗尽后，人类会不会被困死在太阳系？

一、资源会不会耗尽

如果只是在太阳系过过所谓的“宇宙田园时代”的生活，资源是没那么容易耗尽的，太阳系的质量约 2×10^30kg，不说戴森球，哪怕技术水平只能建一些大规模的太阳能发电阵列，也能让人类活得足够久。如果能实现聚变发电的话，光是月球上的氦 -3，按照现在预计的储量就足够用 10000 年。（如果可控核聚变的科技树都点不出来，那无论是星际航行还是宇宙航行，对人类而言都是一件很困难的事情）

星际航行这个词，虽然目前很多人用它指代恒星际航行也就是宇宙航行，但是实际上最初这个概念是指代太阳系内的各星体间的飞行的。如果觉得人类不应该“困死”在太阳系内，所以星际时代是解决问题的方案的话，那么请看第二点。

二、宇宙航行的必要条件之一

提及宇宙航行，无法回避的问题就是动力，无论是科幻作品还是对此感兴趣的科学家，都提出了大量有关 FTL 的假说，但是，至少在现有理论框架和技术条件下，有实现可能的 FTL 手段还不存在。那么，速度问题就是宇宙航行或者说恒星际飞行不可避免的一个问题。

宇宙航行能够容忍的最低速度是多少？

距离太阳系 15 光年的范围内已知恒星共 38 颗，过气网红 Gliese 581 更是在 20.4 光年远的地方。（这么看来 Osiris:New Dawn 里的科研船飞了几十年结果就为了吃外星螃蟹烧烤好像有点惨）

大航海时代人类航运、探索新大陆乃至于环球航行的时间短则十余天，多则数个月，这一航行时间对于太阳系内航行而言毫无疑问是非常理想，也是有可能实现的，在这样的情况下，人类将有能力高效地开采太阳系内的资源，并能在各个定居点间开展经济活动。

然而对于宇宙航行而言，航行时间被延长到了难以接受的地步。即使速度达到二分之一倍光速，到达最近的比邻星也仍然需要 8 年多的时间，而到达网红星系 Gliese 581 则需要足足 40 年。对于殖民者而言，这个时间好像也是能够接受的，但是即使如此，我们所面对的下一个问题，也是难以回避的，也就是动力问题。

采取近未来最可能实现的热核聚变作为动力，能量转化效率取 70%，此时排气速度约 1.5×10^7m/s，比冲 1.5×10^6s，这一速度约为光速的 5%。

严谨起见，我们此处采取广义齐奥尔科夫斯基公式也就是阿克莱公式来计算。

其中

为飞行起始时的质量，

为飞行结束时的质量，V 为末速度，c 为光速，

为排气速度。那么，当 V=0.5c 时，质量比

将达到约 59049，即使在今天看来，这样的一个质量比仍然显得有些夸张，这意味着一艘同现代驱逐舰运载能力相当的飞船，其总质量将超过 4 亿 3 千万吨，而要在漫长的飞行时间里实现自给自足，这一吨位恐怕还稍显不足。不过请记住，每增加一吨的重量，就要增加额外的 5.9 万吨推进剂，而且，这还是在不考虑减速等问题的情况下得出的结论。

三、有关如何减少质量比

要使飞船质量比足够小，根据公式，不难看出有两个方式，一是采取更有效的推进手段，加大排气速度或者能量转化效率，二是让飞船飞的慢些，但是同时，需要大大提高飞船的自持力和可靠性。

事实上，根据钱老的计算，如果要在排气速度为 0.05c 的情况下使飞船加速到 0.8c 的速度，需要接近 35 亿的质量比，这样看来，在技术条件有限的情况下，提高系统可靠性和自持力的世代飞船也许会成为殖民者比较理想的选择。

四、不过是工程师的一点情怀

虽然我个人认为，哪怕只是充分开发利用太阳系，对人类而言也绝非易事，以至于人类更可能早在实现这种“田园”生活之前便已经走向衰退和灭亡，但是我仍然希望几百年、几千年后，会有人在类似这样的平台提问：在走向终焉之前，人类能实现 FTL 吗，否则是否会被困死在猎户臂？

参考文献：

1 钱学森. 星际航行概论[M]. 中国宇航出版社, 2008.

2 胡永云. 关于太阳系外行星的宜居性[D]. , 2014.

注释：

阿克莱公式中的阿克莱是谁——Jacob Ackeret，瑞士航空工程师

顺便，有人问这个 0.05c 的排气速度怎么来的，当然不是我信口胡诌的一个数据（笑），而是我偷懒直接引用了《星际航行概论》的中的结论

还有实现热核聚变推进的可能，这个可能性还有“最有希望”不是我个人的观点，和我有没有信心没有任何关系。以这个问题的尺度来看，近未来可以是 100 年也可以是 1000 年，哪怕说 10000 年我觉得也没什么问题。当然我自己也说过，人类自我毁灭的可能性似乎都比实现可控核聚变要大那么一丢丢。

哦，还有一件事，广为流传的可控核聚变 50 年说终究只是个段子，看完笑一笑就算了，如果想拿这个说明问题的话还是省省吧。

附录 太阳系附近 38 颗恒星

1.比邻星 (半人马座 V645) (距离 4.2421 光年 视星等 11.09)

半人马座α A/B(4.3650 光年 星等 0.01/1.34)

2.巴纳德星 (蛇夫座 5.9630 光年 星等 9.53)

3.Wolf 359 (沃夫 359 狮子座 7.7825 光年 星等 13.44)

4.拉兰德 21185 (大熊座 8.2905 光年 星等 7.47)

5.天狼星(大犬座 α) A/B (8.5828 光年 星等−1.43/11.34)

6.鲁坦 726-8 A(鲸鱼座 BL)/B(鲸鱼座 UV) (8.7280 光年 星等 12.54/12.99)

7.Ross 154 (V1216 Sagittarii) (9.6813 光年 星等 10.43)

8.Ross 248 (HH Andromedae) (10.322 光年 星等 12.29)

9.波江座 ε(天苑四，εEri) (10.522 光年 星等 3.73)

10.Lacaille 9352 (10.74231 光年 星等 7.37)

11.Ross 128 (罗斯 128) (室女座 10.919 光年 星等 11.13)

12.EZ Aquarii(鲁坦 789-6 ) A/B/C (11.266171 光年 星等 13.33/13.27/14.03)

13.南河三(小犬座 α) A/B (11.402 光年 星等 0.38/10.70)

14.天鹅座 61 (61 Cygni) A/B (11.403 光年 星等 5.21/6.03)

15.Struve 2398 A/Struve 2398 B(11.525 光年 星等 8.9/9.69)

16.Groombridge 34 A /Groombridge 34 B (11.624 光年 星等 8.08/11.06)

17.Epsilon Indi A/Ba/Bb (11.624 光年 星等 4.69/>23/>23)

18.DX Cancri (11.826 光年 星等 14.78)

19.τ Ceti (天仓五，鲸鱼座τ星，Tau Ceti， 11.887 光年 星等 3.49)

20.GJ 1061(11.991 光年 星等 13.09)

21.YZ Ceti (鲸鱼座 YZ 星 12.132 光年 星等 12.02)

22.鲁坦星 (小犬座 12.366 光年 星等 9.86)

23.Teegarden's star (12.514 光年 星等 15.14)

24.SCR 1845-6357 A/B (孔雀座 12.571 光年 星等 17.39/?)

25.卡普坦星(绘架座 12.777 光年 星等 8.84)

26.Lacaille 8760(12.870 光年 星等 6.67)

27.Kruger 60 A/B(13.149 光年 星等 9.79/11.41)

28.DEN 1048-3956 (13.167 光年 星等 17.39)

29.Ross 614 A/B (13.349 光年 星等 11.15/14.23)

30.Gl 628 (13.820 光年 星等 10.07)

31.Van Maanen's Star (14.066 光年 星等 12.38)

32.Gl 1 (14.231 光年 星等 8.55)

33.Wolf 424 A/B (14.312 光年 星等 13.18/13.17)

34.TZ Arietis (14.509 光年 星等 12.27)

35.Gl 687 (14.793 光年 星等 9.17)

36.LHS 292(14.805 光年 星等 15.60)

37.Gl 674(14.809 光年 星等 9.38)

38.GJ 1245 A/B/C (14.812 光年 星等 13.46/14.01/16.75)