洪浩仁慈
感謝@鍾銘聊科學 與@星辰大海路上的種花家 邀請，這是一個有趣的問題。
人類是否可以飛出太陽系？未來當然可以！不過這將是一個非常遙遠的未來，你我都看不到。不僅如此，甚至你我的孫子的孫子的孫子可能都看不到這一壯舉。同時，人類要想完成這一壯舉還需要滿足許多苛刻的條件。
太陽系有多大？
要想知道咱們能不能飛出太陽系，這是第一個需要了解的問題：它到底有多大？
地球距離太陽最近的時候（近日點）大約是1.47億公里，最遠的時候（遠日點）約1.52億公里，平均軌道半徑（半長軸）約1.496億公里，我們將地球與太陽之間的平均距離1.496億公里規定為1個天文單位（AU）。這對於人類來說是一個非常遙遠的距離，但對於太陽系來說它並不算什麼，因為太陽系外圍奧爾特雲外邊緣距離約為100000AU，而太陽的引力場範圍大約是2光年（125000AU）！擺脫了太陽的引力才算是真正飛出了太陽系。
（太陽系的範圍）
人類的“足跡”到了哪裡？
1977年9月5日，NASA發射了一顆深空探測器“旅行者1號”，經過長達42年的飛行，它現在已經到達了距離地球220億公里的地方，如果換算成天文單位，大約是147.347AU。
旅行者1號以16.9公里/秒的高速航行，它是人類到目前為止速度最快的航空器，並且早在2012年就穿越了日球層來到了充滿星際介質的空間，但它距到達太陽系的奧爾特雲理論上的內邊緣至少還需要300年時間，而穿越奧爾特雲則是4萬年以後的事了。
（地球很小，太陽系很大）
旅行者1號和2號都是無人探測器，它們依靠核電池供電，或許可以飛得遠一些。人類航天員目前為止最遠只到過距離地球36萬公里的月球表面，更多的時間，我們的宇航員僅在距離地面400公里的國際空間站裡活動。富豪們一擲萬金，希望飛到高度僅100公里的臨近空間窺視地平線。
（國際空間站軌道距地面僅400公里）
人類從事太空旅行的難點究竟在哪裡？
上世紀60年代末至70年代初，為了與蘇聯進行太空爭霸，美國傾全國之力開啟阿波羅計劃，先後6次將12名宇航員送上月球（有些人質疑這一點），之後便偃旗息鼓，給世人留下諸多謎團。其後包括美國和蘇聯在內的所有國家都沒有能力將宇航員送到更遠的太空。
載人航天是一項技術極複雜耗資極巨大的系統性科學工程，人們不僅需要研究和攻克一系列技術難題，還需要極其龐大的資金投入。我們為什麼要飛出太陽系？到太陽系外做什麼？為什麼要派人去而不是送探測器去？這些都是必須回答的問題。
（阿波羅11號乘組在地面模擬訓練）
當人類認為確有必要將人送上太空，或是去尋找一個新的家園。接下來要解決的問題是確定目的地、花多長時間、送多少人去，以及如何確保這些人能安全到達。這很重要，因為人不是機器，機器可以設定休眠定時喚醒，人是否可以？人維持生命所需要的空氣、水、食物以及藥品等等生命保障系統，這一切機器都不需要，未來的飛船需要攜帶多少物資、需要多大的空間來供宇航員們生存？在數萬年甚至數十萬年的太空旅行中，人如何生存繁衍？這些基礎問題都需要解決。
（空間站貨倉，堆滿了食物、水和生活物品）
人類飛出太陽系，進行太空旅行需要具備哪些條件？
確定目標
我們為什麼要從事星際旅行？我們飛出太陽系的目的是什麼？如果只是進行太空探索，看看太陽系之外到底有什麼，就大可不必派人去，像旅行者1號、2號那樣，未來發射一些更強大的無人探測器完全可以達到目的。所以宇航員飛出太陽系的目的只能是進行星際移民，到太陽系之外創造一個新家園、播撒人類文明的種子。
距離太陽系4.2光年外的比鄰星b並不是個好去處，因為比鄰星是個脾氣暴躁的紅矮星。更適合人類居住的地方或許是距離太陽系12光年的天倉五（Tau Ceti），目前已知它的大小與太陽相當，有5顆行星，並且其中有2顆處於宜居區內，這裡或許是我們更好的歸宿。
（天倉5距我們約12光年）
打造飛船
這種飛船也許只在科幻電影裡才會出現，因為需要保障若干名宇航員至少數千年的生存與繁衍，所以它至少需要像一座太空城市一樣龐大。它也許有500米寬、1000米長，質量超過1000萬噸。建造如此巨大的飛船對於今天的人們來說是不可想象的，或許幾千年後我們的後代可以做到。
驚人的速度
為了能夠儘量縮短太空旅行的時間，飛船需要極快的速度，甚至達到光速的1%（3000公里/秒），這是一個極其驚人的速度。旅行者1號目前的速度是16.9公里/秒，它是通過木星及其它行星的重力輔助（引力彈弓）效應才達到如此快的速度。為了獲得更快的速度，縮短飛行時間，825.5千克的旅行者1號需要儘量靠近木星，通過木星的引力作用將它彈射到深空。
（旅行者1號通過木星和土星的引力彈弓獲得加速）
旅行者1號能做到的事，我們未來的飛船做不到，它太龐大，任何行星引力的潮汐作用都可以將它撕扯成碎片，更不用說飛船裡活生生的宇航員了。星際旅行的飛船需要與行星保持一定的距離，這是飛船的洛希極限。
（旅行者1號引力彈弓）
龐大的能源需求
星際旅行無法依賴太陽能，深空是一個暗淡無光且極度寒冷的地方，所有的飛行器都需要自帶電源來為設備進行供電。
旅行者1號、2號各自攜帶了3組放射性同位素熱電發生器（RTG），它們可以在發射初期為航天器提供約470W的電能。因為核電池都具有半衰期，所以電池輸出的電能會隨著時間的流逝一點點減少。
為了滿足太空飛船巨大的能源需求，未來太空旅行需要強大的核聚變發電系統，這或許不是問題。問題是在高速飛行的全程中，能源是得不到補給的，所有的燃料都必須隨船攜帶。同樣得不到補給的還有全船人一切的生活所需。
將1噸的物質加速到光速的1%至少需要消耗12.5太瓦小時的能量，10000萬噸的飛船需要1.25億太瓦小時，這大約相當於目前全球年能源消耗量的1000倍。
防護盾
太空旅行充滿風險。這裡不僅有強烈的太陽輻射、宇宙射線，還有細小的塵埃。較大的碎片極少見，但它們卻更具有破壞性，要知道不僅在柯伊伯帶有數以億計的小行星和撞擊碎片，在奧爾特雲中的冰粒和小天體更是難以計數。它們中的絕大多數都不可探測，但其中任何一個小碎片撞擊飛船都將造成災難性的後果。
（和平號空間站的一個艙段遭到撞擊）
為了保證人員和飛船本身的安全，同時又不犧牲飛行速度，未來的星際飛船需要安裝先進的防護系統，它不僅可以阻止宇宙射線損害人員健康、破壞電子設備，還要能抵擋強烈的意外撞擊。
生命的繁衍與健康保障
人的生存不僅需要水、空氣、食物和空間，還需要一套極其複雜的生命保障系統。在飛出太陽系的漫長旅行過程中，人類生存和繁衍的條件比地球上要更為苛刻，失去重力不僅將帶來一系列健康問題，使我們的機體退化，狹小的空間還會造成嚴重的心理障礙，這一切都需要加以解決，而解決這一切同時意味著極高昂的成本。
（國際空間站希望通過男女搭配來緩解宇航員的身心壓力）
總結：
我們的太陽系在浩瀚銀河中不過是微不足道的一個小光點，但對於人類來說它卻是極其巨大。
旅行者1號深空探測器花了42年時間才剛剛飛出日光層，理論上它還需要4萬年才能飛出太陽系，未來人類要想進行深空旅行無疑是一項遙遠而艱鉅的任務。
在太空中旅行將需要獲得水、食物、空間、人、建築材料、能源、運輸、通訊、生命支持、模擬重力和輻射防護等等，所有的這一切都需要裝進一個龐大的宇宙飛船裡，建設這樣一個飛船不僅需要極先進的技術，還需要極龐大的資本投資。
總之，它是一艘未來之船，我們所能做的是幻想一下。
幻想很容易，不是嗎？
