這是星際旅行幻想的第一候選技術(shù)，它不需要燃料,，而且比起“反物質(zhì)發(fā)動機(jī)”，“核爆推進(jìn)器”等技術(shù)概念,，它最接近人類現(xiàn)在的技術(shù)水平…… 大年過罷頭一遭，星際旅行有望了,！美國一個叫行星學(xué)會（The Planetary Society）的愛好者組織今年1月底宣布,，將在5月首次試飛“LightSail”太陽帆飛船，它將在佛羅里達(dá)州的卡納維拉爾角,，搭載宇宙神V型火箭升空。如果試飛成功,，后續(xù)的同類型飛船將試著飛出太陽系,。 即將迎接挑戰(zhàn)的LightSail，分A,、B兩星,。A星先上天實驗，主要是要測試姿態(tài)控制和通信,，還談不上星際旅行,。而2016年飛B星，就要試著走遠(yuǎn)一點了,。兩次任務(wù)成本為450萬美元,。 試驗兩步走 先在大氣層里“試試水” 行星學(xué)會介紹說：長達(dá)四個星期的測試中，LightSail不會飛出大氣層,，而是試著控制姿態(tài),，監(jiān)測太陽帆，將圖像傳回地面,。 發(fā)射上去的太陽帆,，是一個面包大小的衛(wèi)星。展開成4塊三角形薄膜,，拼成一個正方形帆面,。如果一切順利，LightSail將在幾天后試著打開，調(diào)整姿態(tài),，并且傳回數(shù)據(jù),。 行星學(xué)會說，第二次測試飛行定于2016年,。飛船將會安裝于喬治亞理工學(xué)院研制的Prox-1衛(wèi)星中,，通過SpaceX的獵鷹重型運(yùn)載火箭發(fā)射進(jìn)入距地面720公里的軌道上，在外太空飛翔,。ProX-1衛(wèi)星將釋放出LightSail,，還會停在附近監(jiān)視它。 理論支持 太陽光也是有壓力的 偉大的開普勒400年前就提過：單靠太陽光就能行走太空,。而1870年代麥克斯韋的理論,，指出了這種幻想的真實性。麥克斯韋預(yù)言：光也是有壓力的,。 的確,，雖然光子沒有質(zhì)量，但有動量,，可以把它的動量傳遞出去,。曬太陽的，就接受了太陽的壓迫,，只是力度太小感覺不到罷了,。麥克斯韋理論提出30年后，科學(xué)家果然測出了光壓,。 俄羅斯的火箭先驅(qū)齊奧爾科夫斯,，和他的同事桑德1921年提出“用照射到很薄的巨大反射鏡上的陽光獲得宇宙速度?！鄙５逻€說,，太陽帆應(yīng)該是包在硬質(zhì)塑料上的超薄金屬帆。1950年代開始有大量文章討論太陽帆,。1970年代,，由于展開技術(shù)和薄膜制造進(jìn)步，太陽帆開始實驗,。上世紀(jì)九十年代,，各國陸續(xù)完成了一些展開實驗。 太陽帆反射光子,，反過來光子推動太陽帆,。陽光越熾烈壓力越大，太陽附近,，每平米接受的壓力,，相當(dāng)于3枚一元硬幣的重力，而到了陽光稀薄的太陽系邊緣，每平米的壓力就只有一根羽毛的重量了,。 技術(shù)核心 又大又輕才走得動 展開的太陽帆,，面料閃閃發(fā)亮，像錫箔,。它其實是鍍上一層鋁的聚脂薄膜材料,。 聚酯薄膜很尋常，但太陽帆薄得不尋常,，只有100個原子厚,。鏈、索,、桿都是碳纖維復(fù)合材料,。本身很輕，充氣后才能勃起,，硬如鋼鐵,。 揚(yáng)起巨帆方能行大船。太陽帆也是越大越好,。在劉宇艷等人撰寫的《可展開太陽帆技術(shù)概述》中說,，如果太陽帆直徑300米，可以獲得340牛頓的壓力,。讓0.5噸的航天器在200天飛抵火星,。如果直徑2000米，就能把5噸重的航天器推出太陽系,。 有一種說法是，太陽帆理論上最高速度是光速的2%,，也就是每秒6000公里,。不過，現(xiàn)在科學(xué)家能指望的是大型太陽帆航行達(dá)到60公里的秒速,，也就是現(xiàn)在紀(jì)錄的4至6倍,。如果成真，那么太陽帆將大踏步地飛向人馬座,。 必須具備完美反射面 太陽帆不光得輕,，還得具備完美反射面，要比美人的臉蛋兒還光滑,，讓光子一觸即彈,。這可就難了。一個皺巴巴的包裹,，展開成為堅固的完美鏡面,，對制造技術(shù)要求很高。 展開是一個大麻煩?？茖W(xué)家想出一些好辦法,，有人提出用折疊后的應(yīng)力自動展開，不用機(jī)械;有人提出充氣展開,，被廣泛采納,。姿態(tài)控制也很難，實踐中多用一塊小太陽帆去調(diào)整大帆的朝向,。 激光器,、透鏡增加光強(qiáng) 2002年的迪斯尼動畫片《星銀島》里，太空中就展開了一張張?zhí)柗?，就如同大航海時代的百舸競流,。 在許多科幻小說里出現(xiàn)過的太陽帆,是星際旅行幻想的第一候選技術(shù)，因為它不需要燃料,。而且比起“反物質(zhì)發(fā)動機(jī)”“核爆推進(jìn)器”等技術(shù)概念,，它最接近人類現(xiàn)在的技術(shù)水平。NASA有過設(shè)想,，為了飛出太陽系,，可以讓帆更輕、更大,，并在太陽系的適當(dāng)位置擺上激光器,，還有透鏡，增加照到太陽帆上的光強(qiáng),。 值得一提的是,，還有一種概念叫做“太陽風(fēng)”推進(jìn)器，它跟太陽帆是兩回事,。太陽風(fēng)推進(jìn)器不停地電離氣體,，制造出一個電磁球?qū)樱拖駸釟馇蛞粯硬东@太陽風(fēng)――太陽拋出的每秒300千米的帶電粒子流,，從而獲得動量,。科學(xué)家認(rèn)為這可以讓100公斤重的推進(jìn)器,，三個月內(nèi)秒速超50公里,。 國際競賽 日本美國目前領(lǐng)先 除了LightSail，已經(jīng)有太陽帆飛行器升空了,。這方面日本領(lǐng)先,，它的太陽帆飛行器已經(jīng)飛過了金星。2010年5月,，日本成功試飛IKAROS太陽飛船,，它通過一面帆用太陽光壓力作為動力,。目前,這艘飛船已經(jīng)飛過了金星,繼續(xù)向太陽飛去。 有趣的是,，IKAROS飛船用太陽風(fēng)做動力,，卻是“逆風(fēng)飛行”。其實帆船也可以在逆風(fēng)天“曲線前進(jìn)”,，只要帆和前進(jìn)方向調(diào)整適宜,。太陽帆能吹向太陽也是同樣的道理。 日本當(dāng)時計劃在10年內(nèi),，再發(fā)射一艘太陽帆飛船,，綜合太陽帆和離子推進(jìn)，飛到木星去,。 與IKAROS同期,，美國宇航局也發(fā)射了“納米帆-D”衛(wèi)星，它在近地軌道成功展開一個小帆,，但不能用于飛行,。NASA還計劃了一項名為“Sunjammer”的太陽帆飛行器，原定于2015年發(fā)射,。但在技術(shù)評審后,，NASA無限期地延遲了這一項目。 美國政府和軍隊還提出一個太陽帆計劃,，通過調(diào)整傾角,，讓太陽帆飛船向太陽航行150萬公里，以監(jiān)視太陽磁暴,。 除了提供動力,，太陽帆的一個更現(xiàn)實的用處，是調(diào)整飛行器的姿態(tài),，好省一點燃料,。 美國的宇航愛好者組織“行星學(xué)會”與俄羅斯合作，曾在2005年發(fā)射了“宇宙1號”,，它也是LightSail的前身。它搭乘從巴倫支海的核潛艇上射出的火箭升空,。本來“宇宙1號”應(yīng)該在展開成功后降落,，但卻不知所終，分析認(rèn)為是火箭分離故障讓它沒展開,。 延伸閱讀 非盈利組織的雄心壯志 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的介紹：“行星學(xué)會是一個受到廣泛支持的非政府,、非盈利大規(guī)模機(jī)構(gòu)，主要是進(jìn)行與天文學(xué)相關(guān)的研究,。成立于1980年,，成立者是布魯斯?穆雷,、路易斯?弗里德曼、卡爾?薩根,，并有來自125國的成員,。” 在“The Planetary Society”的主頁上,醒目地寫著它們的口號：“你的此間是空間（Your Place is Space）”,。之外,它們刊登各種太空科技博客文章,、照片、視頻,。 這個社團(tuán)自稱,其宗旨是“鼓勵世界公民去推進(jìn)空間科學(xué)和探索”,。 目前行星學(xué)會已經(jīng)有超過一百萬的會員,誰都可以加入,不過在網(wǎng)上注冊成為普通會員,要交每年500美元的會費。盡管是民間組織,但行星學(xué)會也支持NASA,。它們號召成員給美國國會寫信,增加NASA的預(yù)算,并且制止國會敲除NASA的幾個項目,。 不論LightSail會不會像宇宙一號一樣出師未捷，行星學(xué)會成功籌款邁向太空已贏得全球贊譽(yù),。宇航事業(yè)是由興趣推動,；在官辦的NASA效率受詬病時，就出現(xiàn)了SpaceX公司,，讓人耳目一新,；而目前“組織”大家登火星的，也是一家荷蘭公司,。說不定第一個登上火星的人類將會是愛好者呢,！高手在民間。 轉(zhuǎn)自求是理論網(wǎng)-科學(xué)普及 |
