光子火箭
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大家都知道我们所居住的地球是绕着太阳运转，像这样绕着太阳运转还有许多星球，如月亮等，这些我们统称为行星。太阳与绕其运转的行星组成了一个大家庭，叫做太阳系。天文学家告诉我们，在宇宙中有无数个像这样的大家庭。自从苏联的人造地球卫星上天以后，看来，拜访月球，探望地球的同胞兄弟(如火星)，虽然还有着重重障碍，但似乎已不在话下。但若从整个宇宙来看，那只不过绕着妈妈身边转，还没有跨出家门口。就说到太阳系的近邻半人马座的比邻星去吧，若以每秒钟绕地球走七圈半的光线速度(每秒30万公里)来走的话，就得花四年多功夫，如果用我们现在飞得最快的、比声音的速度还快4、5倍的火箭，就得化八万年才能走到。这样看来，要作这样的旅行那简直是不可能。当然要想光脚杆去跨山过海，显然更是不可能了。我们必须更跃进一步，不是跨上与音速相匹敌的飞机，而是跨上与光速相较量的航空器――火箭。在原则上来说，创造这种星际火箭是可能的。这种火箭就是利用光压来产生推力的光子火箭。
爱因斯坦相对论的质量与能量的相互关系定律告诉我们，在任何变化过程中如果放出能量，则参加变化过程的物质的质量必然有些亏损，质量亏损愈多，放出的能量也愈多。
在核反应过程中我们已观察到有使物质完全“消失”而转变成辐射能的反应。人们将这种反应叫做湮没反应(质湮反应)，其实这名词是不恰当的，唯心物理学家利用这一点大肆叫嚷说，物质消灭了。但实际上湮没反应不过是由物质的一种形态(实物)转变成另一种形态(电磁辐射)而已。如果利用这种反应将燃料全部质量转化为能量，那么所获得的能量便超出燃料通常在燃烧(也是一种化学反应)时所释放出化学能的1010倍(即100万万倍)。只有利用这样反应的发动机才有可能发出巨大能量来完成未来的星际飞行。
什么是光子火箭发动机
现代火箭发动机都是利用燃料与氧化剂在燃烧室中燃烧后喷射出炽热气体，依靠喷气时的反作用而产生推力的。光子发动机则利用湮没反应，在它的“燃烧室”内将物质完全转变成电磁辐射，以强光的形式放射出来。光实际上是一种微粒子流，这种粒子叫做光子或量子，因而有光子火箭的名称。在这里并没有气态反应产物，而是靠辐射(光子或量子)压力而产生推力的。这时产生的各种波长的光子借反射镜以平行光束向某一方投射，恰和现代火箭发动机喷射气流一样，光子火箭也就依靠光束对镜面的压力而产生反作用推力。
听起来似乎玄乎其玄，光如何会有压力？其实光是有压力的，不过光压一般都非常小，例如飞机在无云天空中飞行时所受到太阳光的压力只达千分之几克。当然湮没反应所获得的光压要大得多。
创造光子火箭有哪些困难呢
但是要创造这样的发动机是存在着极大的困难的。在这里只谈谈几个带有关键性的科学与技术上的问题，不解决这几个问题，便不可能前进一步。
首先就是物质转变为辐射的问题。目前虽然曾在基本粒子加速器中，当形成反粒子时观察到湮没反应，(例如在形成电子的反粒子――正电子时，所形成的正电子立刻与最初相遇的电子发生湮没反应)，而放射出两个光子；但是在这种情况下，形成正电子所耗去的能量要超出湮没反应中放出的能量的百万倍。由此看来，只有科学家找出生产反粒子的经济方法并研究出储备反粒子的方法，这种反应才具有实际意义。
其次便是改变辐射波长的问题。在湮没反应中形成了短波γ辐射，可是目前大家都不知道究竟用何种物质才能制成γ射线反射镜，所以一方面应设法寻求反射γ射线的方法，同时还需要对γ光子转变成光的光子进行研究，也就是对湮没反应所产生的辐射波长的增大进行研究。
第三个问题便是反射镜与“燃烧室”及其冷却问题。要想使镜面上的光压达到一个大气压，必须使辐射能量达到每平方公分每秒百万大卡，所以即使只有极微量的能转变成热，镜面及“燃烧室”壁都将受极大的热。所以反射镜必须具有很高的反射本领，不得低于0.99999999，而“燃烧室”壁也必须具有同样程度的导热率。如果它们的反射本领及导热率稍微差一些的话，那么所吸收的巨量的辐射能便足以立刻使它们融解而蒸发掉。另外当然还得设法充分使它们冷却。
单就这几个问题来看，创造利用湮没反应的光子火箭发动机是极其困难的，其困难程度远远超出现代技术所能解决的范围之外。
难道说就无法创造可控制的、利用热核反应的光子火箭发动机吗？由理论研究证明，这种发动机每秒若使1公斤氢转变成氦的光子，可产生210吨的推力，这远不如利用热核反应气态产物的压力取得推力的火箭发动机，后者在同样的燃料消耗量下所获得推力要比前者大16倍。
从哪里取得燃料
星际旅行走一趟就得花费几年的时间，如果所消耗的燃料都要由星际飞船本身携带，那简直是不可能，只有就地取材，向周围空间猎取。星际飞船应装有一种特殊的接受器来猎取宇宙物质，然后送进“燃烧室”内，使它们完全转化成辐射。但如何才能使这些宇宙物质转化为辐射呢？那只有在这些物质进入的同时还要取得“反物质”，使这些“反物质”与宇宙物质相遇就可发生湮没反应。这种方法目前尚未研究清楚，因此即使现在已经有了利用湮没反应来工作的发动机，星际飞行仍是不可能实现的。
往星球去
如果光子火箭发动机终于创制出来，那么这种发动机将给人类开辟怎样的前途呢？这种发动机每秒只消耗一公斤湮没反应用的燃料，就能发出约三万零五百吨的推力。火箭为脱离太阳系所需的燃料消耗量，只不过占火箭原有重量的百万分之几。
星际旅行应以接近光速的速度来进行。由相对论的一个推论可知，星际飞船速度愈接近光速，飞船上所经历的时间就比地球上所经历的时间愈慢。这就如神话中所说，天上只一日，人间已千年。举例来说明一下，比如我们的星际飞船(参看附图)从地球飞向最接近我们的恒星上去，前一半路程速度逐渐增大，后一半路程速度逐渐减小，这样使得飞船中的一切物体的“视重量”等于它们在地球上的重量。在这种情况下飞船经6.15年达到目的地，但船内旅客却不过增加3.6岁。如果再适当地增大发动机的推力，使飞船上的视重量为地球上的重量的三倍，那么在地球上来看飞船要经过5.14年才达到目的地，而飞船上的旅客按自己的钟表来计算，只不过经历了1.77年就达到目的地。若飞行更远的距离，飞船旅客将感到时间大大缩短。比如仍像前面所讲的一样，也采用先加速后减速的办法向仙女座星云飞行，在飞船上的旅客仅认为只经25.9年便可到达，但在地球上则业已经历二万八千年以上的时间。
图光子火箭示意图
就目前的情况来说，创制利用湮没反应的光子火箭发动机还是遥远未来的事业。但是近年来科学与技术蓬勃而迅速的发展，特别是苏联的科学与技术上所达到的成就，将大大地加速这种新型发动机的创制。
(陈克锵根据苏联航空报1958年8月6日所刊载的光子火箭一文编写)
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