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太阳帆动力飞船即将成真
太空中的绿色动力——太阳帆:质子动力太阳帆是通过反射太阳质子获得推动力的一种新型太阳帆。它可以取代电子太阳帆成为微型卫星新的推动力,为快速穿越太阳系奠定基础。
太阳光传送光和热,照到人身上,人会感到暖洋洋的,但从来也没有人感觉到太阳光有压力。实际上,太阳光是有压力的,因为光具有两重性,既是电磁波,又是粒子——光子。光线实际上是光子流,当光子流受到物体阻挡时,光子就撞到该物体上,就像空气分子撞到物体上一样,它的动能就转化成对物体的压力。
说到私人太空飞船,我们通常会联想到SpaceX,但是,众多规模较小的机构同样在作出自己的努力,非盈利机构行星学会(The Planetary Society)就是其中的一员。该机构宣布将于今年5月对其LightSail太阳帆飞船进行首次试飞,后者将在位于佛罗里达的卡纳维拉尔角空军基地由宇宙神V型火箭发射升空。
  LightSail太阳帆飞船包含了一个面包大小的CubeSat立方体小卫星,后者是由加州圣路易斯奥比斯波的星际探索公司设计。展开的正方形帆面将作为飞船的推进系统,前者是由4块三角形聚脂薄膜塑料构成。
  太阳帆会受到来自太阳光的光压,进而推动太空飞船前进。太阳帆的称谓非常恰当,因为其原理和航海所用的船帆完全相同。该飞船设计的难点在于既要让太阳帆保持足够轻的重量,同时还要维持一定的形状。
  本次测试将持续4周时间,飞船将会处于一条非常低的轨道上,由于受到大气阻力的影响,其不会离地球而去。本次测试的内容包括飞船的姿态控制系统及对太阳帆状态的监测,测试中的图像会传回地面控制中心。
  行星学会表示,第二次测试飞行定于2016年,将会在真正的轨道上进行。飞船将会安装于乔治亚理工学院研制的Prox-1卫星中,通过SpaceX的猎鹰重型运载火箭发射进入距地面720公里的轨道上。


新闻:

通常太阳帆具有较大的纤薄镜面,能够反射太阳质子推进航天器飞行。2008年曾提议的电子太阳帆计划现由太阳质子来替代,即开发质子动力太阳帆,从航天器延伸的正电荷连线和带正电荷的斥力质子可以推进微型人造卫星。
装有质子动力太阳帆的ESTCube-1卫星宽度10厘米,带有10米长的连线,其直径仅是人们头发直径的一半。它位于地球磁气圈,因此可以免遭太阳风侵袭,但它仍与带电粒子发生交互作用。一旦这些连线充分展开“通电”,微型卫星的自转速率将改变,能够让研究人员通过质子动力太阳帆测试产生的推进力。如果这项测试成功,将意味着装配100根200米长连线的航天器可以达到每秒30公里,预计5年内将抵达冥王星。
NASA与位于加州的L' Garde航空航天公司联合打造新型Sunjammer太阳帆探测器,展开表面积可达到1200平方米以上,堪称全球最大的太阳帆动力空间飞行器。太阳和其他恒星一样,可发出巨大数量的光子,所形成的太阳风可对物体产生“压力”,在许多科幻作品中,太阳帆被认为是一种十分“普及”的空间动力系统。然而在现实中,太阳帆确实是一个很贴近当前宇航科技,是可实现的技术。

太阳帆动力并不是一个新兴的概念,早在1610年,约翰内斯·开普勒就注意到彗尾一直是背离太阳方向,并在给伽利略的信中就提到类似想法。在400年后,日本宇宙研究开发机构推出了伊卡洛斯(IKAROS)太阳帆探测器,这是有史以来第一艘真正的太阳帆动力探测器,并成功在轨道上展开,日本科学家通过该型探测器测试了薄膜式聚酰亚胺太阳帆面,计算出太阳风产生的加速度等信息,最终仅花费6个月的时间抵达金星轨道附近,完成对该行星的飞掠任务,接着进入任务延伸阶段。

NASA也设计了一个被称为Nanosail-D的太阳帆动力探测器,当然其总重量仅为30公斤,打造太阳帆的材料为聚酰亚胺薄膜,这种高科技材料可用于制造舱外宇航服,不仅可提供保温隔热效果,也可以屏蔽太阳辐射和微流星体的撞击。由于其材料坚韧,在太阳光子的冲击下可产生有效推力,大约为0.1牛顿。

虽然这个数字很小,但在空间推进技术上却非同小可,比离子推进器要强劲很多,当前NASA的星辰号探测器正使用离子推进器对小行星带进行探索,从灶神星飞往谷神星。技术更加成熟的Sunjammer太阳帆探测器将拥有巨大的帆面积,可产生更大的有效推力,该技术将为未来的空间探测器节省更多的飞行燃料,实现廉价的星际旅行。

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