太阳帆有哪些特征太阳帆飞船实现了吗？

2022-06-01 11:28:51 来源：科技日报

太阳帆是一种安装于人造卫星上的帆，藉太阳辐射压力以产生推力，做为人造卫星的推进动力。由于太阳帆必须有很大的面积以产生足够的动力，因此通常采用强度高的轻质材料，例如铝料，并在其一面涂上薄薄的一层反光材料。

太阳帆所能产生的推力可计算如下。太阳常数(solar constant)为地球上单位面积每秒所接受的太阳辐射能(以垂直于太阳光之单位面积而言)，亦称太阳辐射强度，以I 表示，其值为1.38769 × 106尔格/cm2/sec。假设太阳帆之反射面为完全反射面，则太阳辐射所产生的压力p为：

p=2I/c=9.25 × 10-6 牛顿/m2

上式中，c 为光速，其值为3 × 108m/sec。假设太阳帆之面积A 为100m2则所产生的推力T 为：

T=pA=92.5达因=9.25 × 10-4牛顿

虽然这是小推力，但是在太空中引力甚为微小，而且T 可以长时间连续地获得而不虞匮乏，因此仍可累积足够的速度增量。此外，由于不必携带任何推进剂，理论上而言太阳帆的比冲量(specific impulse)是无限大。

据英国《新科学家》杂志网站近日报道，美国国家航空航天局(NASA)向一个研究太阳帆的团队提供了200万美元的资助，以促进彩虹色太阳帆的研发工作。该团队正在开发可以利用帆上的衍射光脊朝任何方向移动的太阳帆。

太阳帆通过反射太阳光来工作：太阳光照射在帆上，从薄而有光泽的帆上反射的每个光子(光粒子)都会给飞船增加少量动量，推进飞船遨游太空。但现有的太阳帆存在一个很大的局限：如果想让其朝其他而非远离太阳的方向移动，就必须旋转整个帆，如此限制了飞船的灵活性。

美国约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室艾梅伯·杜比尔及其团队正在研究一种由衍射材料制成的太阳帆，这种帆可在不旋转的情况下在不同方向反射光线。

杜比尔解释称，该太阳帆通过材料内微小脊状物来实现这一点，在帆上运行的电流可改变脊状物的方向。最终，因为帆上的脊状物能像棱镜一样反射各种颜色的太阳光，太阳帆因此也拥有了一个彩虹波纹的外观。此外，当光线从侧面反弹时，它会将整个飞船推向一侧，而非径直向前，而这个方向很难或不可能通过物理旋转来实现。

据悉，杜比尔团队也提出了一项使用新太阳帆的任务。该航天器将使用太阳帆到达围绕太阳的极轨，并观察太阳的顶部和底部。研究人员计划测试各种材料在太阳帆上和在太空中的工作情况，同时也为太阳探测任务开发各种设备。如果一切顺利，两年后当该项目结束时，他们打算派遣一支彩虹色的航天器“舰队”环绕太阳飞行。(刘霞)

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