太阳帆飞船

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摘要:

太阳帆飞船,又叫宇宙1号,是一枚航天器,用于太阳帆技术试验,太阳帆靠阳光漫游太空。2009年11月9日,美国行星学会宣布,研究人员已开发出体积更小、速度更快的改良版太阳帆飞船,有望最早在2010年年底尝试太空之旅。

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太阳帆飞船 概念起源

       
太阳帆飞船结构图太阳帆飞船结构图

著名天文学家开普勒在400年前就曾设想不要携带任何能源,仅仅依靠太阳光能就可使宇宙帆船驰骋太空。但太阳帆飞船这一概念到20世纪20年代才明晰起来。

1924年,俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和其同事弗里德里希·灿德尔明确提出“用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度”。正是灿德尔首先提出了太阳帆——一种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想,成为现在建造太阳帆的基础。

太阳帆飞船 原理

       
太阳帆飞船太阳帆飞船

人们知道,是由没有静态质量但有动量的光子构成的,当光子撞击到光滑的平面上时,可以像从墙上反弹回来的乒乓球一样改变运动方向,并给撞击物体以相应的作用力。单个光子所产生的推力极其微小,在地球到太阳的距离上,光在一平方米帆面上产生的推力只有0.9达因,还不到一只蚂蚁的重量。因此,为了最大限度地从阳光中获得加速度,太阳帆必须建得很大很轻,而且表面要十分光滑平整。“宇宙”1号的太阳帆面积为530.93平方米,与光压获得的推力仅为255克。

如果太阳帆的直径增至300米,其面积则为70686平方米,由光压获得的推力为0.034吨。根据理论计算,这一推理可使重约0.5吨的航天器在二百多天内飞抵火星。若太阳帆的直径增至2000米,它获得的1.5吨的推力就能把重约5吨的航天器送到太阳系以外。

由于来自太阳的光线提供了无穷尽的能源,携有大型太阳帆的航天器最终可以以每小时24万公里的速度前进。这个速度要比当今以火箭推进的最快航天器快4—6倍。即比第二宇宙速度快6倍,比第三宇宙速度快4倍。因为在太空中运行的航天器处于失重状态,又无空气阻力,只要加少许力的作用,就会改变运动方向和速度。

太阳帆飞船 发射

       

2001年7月20日,行星协会发射了太阳帆飞船航天器。这是一颗亚轨道航天器,是世界上首次使用太阳帆作为航天飞行动力装置的航天器。这颗航天器没有能与第三级火箭分离,最终坠毁了。

研制人员准备了3年时间,2005年,第二个太阳帆飞船也已经发射。这个太阳帆飞船比原来设计更大,由8个三角帆组成,可以环绕地球轨道运行,于2005年6月21日从一艘位于巴伦支海的俄罗斯潜艇K-496上发射 。发射后与地球失去联络。之前有报道说发射失败,行星协会在保持一阵沉默后也承认这次实验未能成功将太空船送入轨道。

太阳帆飞船 与科幻影片

       

太阳帆的《星战》之缘

乔治·卢卡斯《星战前传》中,杜库伯爵乘坐一艘张着大帆的星际飞船离开吉奥诺西斯星球,从克隆战争的风暴中逃脱。他乘座着这艘飞船来到科洛桑星球废弃的郊外,会见了他的黑暗面导师,达斯·西底亚斯。 这正是一艘太阳帆飞船。

乔治·卢卡斯将它命名为吉奥诺西斯太阳帆船,这个奇特的、异形风格的交通工具正适于杜库伯爵谜一般的性格。这艘种子形的飞船有一个突起的气泡状驾驶舱,里面安置着飞船控制机器人FA-4.飞船的外壳可以打开,从中释放出精致的太阳帆。太阳帆展开后,其聚集的高能粒子风可以提供强大的推进力,使太阳帆船能在星际间自由旅行。

太阳帆飞船 新计划

       
“宇宙一号”发射示意图太阳帆飞船发射示意图

2009年11月9日,美国行星学会宣布:2010年可能是太阳帆辉煌之年,至少有两个试验任务将发射并演示验证太阳光压在太空产生推动力的创新应用。

美国行星学会研究人员介绍,这种改良版太阳帆飞船名为“光帆”,可在距地表800公里高空处轨道上飞行。这种飞船大小和一长条面包类似,重约5公斤。飞船由3颗微型卫星组成,其中一个用于储存电子,另外两个用于携带折叠太阳帆。太阳帆由一种聚酯薄膜制成,展开后边长5米,厚度仅为普通垃圾袋的四分之一左右。

太空“泰姬陵”

美国行星学会宣布重启太阳帆计划当天,正值学会已故创始人、前宇航员兼科幻小说作家卡尔·萨根诞辰75周年纪念日。

虽然经历过失败,但行星学会对改良版太阳帆发射成功自信满满。学会主席弗里德曼说,即使太阳帆只在一小段轨道上受控制,但只要有现象显示它是以太阳能为动力,即证明发射成功。

太阳帆飞船 意义

       

长期以来,人们一直都渴望着能够摆脱对火箭的单一依赖,找到新的动力方式,实现人类遨游太空的梦想,其中之一就是制造太阳帆利用太阳能来进行太空航行。

太阳帆代表了人类未来太空飞行的技术,它将为开发新型宇宙发动机方向迈出重要一步,可以相信,人类未来完全可以利用太阳帆从事深空探索,并给人类的太空旅行带来一场新的革命。因此,太阳帆飞船的命运不仅关系到未来星际航行中能源系统的建设,也将关系到人们对研制开发太阳帆的态度。

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其他内容来源:
人民网:改良太阳帆飞船“光帆”明年上太空 再尝太空之旅,2009年11月11日
人民网:太阳帆飞船专题
被引用: 太阳帆飞船已被如下媒体引用 我来补充
开放分类: 我来补充
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