宇宙帆船驰骋太空
时间：2020-12-14 16:04:32 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
日本宇宙航空研究开发机构7月9日宣布，世界第一艘单纯依靠太阳光驱动的太空帆船“伊卡洛斯”号已成功利用太阳光压力，实现了机体变速。目前，“伊卡洛斯”正在离地球约1900万公里的太空，以每秒26公里的速度向金星飞行。随着太阳光照射角度的变化，今后其速度有望进一步提升。
据悉，“伊卡洛斯”号的帆约为14平方米，由聚酰亚胺树脂制作，帆厚约7.5微米。太阳光的压力极小，面积约200平方米的帆接收到太阳光能后，受到约0.1克左右的压力。尽管如此，在没有重力和空气阻力的太空，随着时间的积累，太阳光压力给了帆船以巨大的加速度。下一步，“伊卡洛斯”将进行方向控制实验。
上述内容，要是放在几十年前来看，仿佛科幻小说一般。
事实上，英国著名科幻作家阿瑟·克拉克的一部以太阳光能利用为题材的科幻作品《太阳帆船》，创作于20世纪60年代。据说，该小说发表后曾引起美国国家航空航天局的注意，并因此而关注这一领域的研究。
不过，利用太阳光能遨游宇宙的想法，最早可以追溯到17世纪。德国著名天文学家、行星运动定律的提出者约翰内斯·开普勒曾设想：无须携带任何能源，只要依靠太阳光能就可使宇宙帆船驰骋太空。20世纪初，有几位科学幻想小说家曾描写过用镜面反射阳光推动宇宙飞船的故事。到了1924年，宇航先驱齐奥尔科夫斯基及苏联第一个宇航工程师弗里德里希·灿德尔(Fridrikh Tsander，1887-1933)明确提出：可以“用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力来获得宇宙速度”。而灿德尔更具体地提出了“太阳帆”这一概念——这是一种包在硬质塑料上的超薄金属帆。
20世纪50年代末，美国物理学家理查德·伽尔文(RichardGarwin)首先发表了技术性论文讨论太阳帆飞船的思想。据知，克拉克就是运用这一思想，写出了科幻作品《太阳帆船》。
照人们过去的想像，要去太空旅行只能依靠火箭推进器作动力，借阳光邀游太空可真是新鲜。那么，这到底有没有可能呢?
我们知道，光是由没有静态质量但有动量的光子构成的。它可以向其撞击到的光滑物体施加作用力。单个光子所产生的推力当然极其微小，可许多光子产生的作用力积聚起来就很可观。
如果太阳帆的直径为300米，则其面积为70686平方米，由光压获得的推力即为0.034吨。根据理论计算，这一推力可使重约0.5吨的航天器在200多天内飞抵火星。若太阳帆的直径增至2000米，则它获得的1.5吨的推力，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尽的能源，携有大量太阳帆的航天器可以每小时24万公里的速度前进。这个速度要比以火箭推进的航天器快4～6倍。
另外别忘了，在太空中运行的航天器处于失重状态，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大小。
莫斯科时间2001年7月20日4时31分，俄罗斯北方舰队成功地发射了“宇宙1号”航天器，并按预设程序对其飞行性能进行了测试。该航天器又称“太阳帆”飞船。因为它是世界上首次使用太阳帆作为太空飞行的动力装置的航天器。
当航天器在运载火箭的推动下，进入远地点约1200公里的太空预定轨道后，它便按预设程序抛弃保护罩，并缓缓地绽开两个花瓣状、总直径约26米的、表面覆盖着铝薄膜的太阳帆。这艘太阳帆航天器在近地轨道飞行约25分钟后，按预定计划返回了地球，并准确降落在俄东北部的勘察加半岛，飞行距离8000多公里。这次成功的试验飞行证明，利用太阳光压提供的推力，是可以使飞船在太空中飞行的。
回溯到40多年前，1962年，在曾经开发过激光的哈福斯实验室工作的资深工程师罗伯特·佛沃德(Robert Forward)曾提出过一套方案：利用由太阳能供给能源的超强激光，推进恒星际的飞船到达最近的恒星。也就是说，借助阳光的推力，太阳帆航天器可以飞向太阳系的边缘并进入星际空间，如果辅以从地球轨道射出的强力激光束，它可以飞得更远，直至到达离太阳系最近的恒星。
更具体地说，如果太阳帆飞船能够依靠绕地球轨道运行的、比太阳光强6倍的强力激光器，以及一个置于土星和海王星间巨型聚集透镜提供的能量，那么就可以在太空以1／10光速的速度飞行，在40年时间内即可到达距我们最近的阿尔法半人马座恒星。
1982年，即提出恒星际光帆思想之后20年，佛沃德又萌生了一个新的想法：利用同样的激光束可以将光帆减速，并使它返回出发点。他还根据这种思路，于1984年构思、创作了一部科幻长篇小说《蜻蜓号的航程》，对有关细节作了更具体的描述。
迄今为止，制造太阳帆飞船的困难主要有两个：一是制造太阳帆的材料既要轻盈、耐高温，又要有韧性；二是得找到一种在帆打开以后绷紧的办法。另外，太阳帆还应该能够抗击太空环境中的高能粒子、流星体、空间碎片等的撞击。尽管如此，人们依然对太阳帆航天器寄予厚望，期待它能够为太空旅行提供新的动力。
