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[探索] 每秒60000公里！几十年就能到比邻星，太阳帆技术或将再次提升

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顶峰国际 发表于 2022-6-1 10:19:17 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
1977年，美国宇航局发射了旅行者一号探测器。经过45年的飞行，它已经成为了距离地球最远的人造物体，目前距离地球达233亿公里。
每秒60000公里！几十年就能到比邻星，太阳帆技术或将再次提升 第1张图片

然而，即便是这个里程碑式的航天器，距离飞出太阳系仍然极其遥远。甚至如果它想飞到比邻星那么远的位置，需要至少70000年的时间。人类航天器的飞行速度实在太慢，大大限制了我们探索宇宙的能力，难道我们就没有办法实现更快的航行吗？
答案当然是否定的，人类还是有希望在我们有生之年内实现对比邻星的近距离探测的。甚至著名物理学家霍金在生前，都非常看好并支持了一个项目，那就是突破摄星计划。这个计划中预计使用的航行技术，就可以让我们快速抵达比邻星，这个技术就是太阳帆。
实际上，早在差不多400年前，天文学家开普勒就预言了这种航行方式。他发现，彗星的彗尾始终是背向太阳的，他推测一定是有某种力从太阳出发，将彗星的物质推向了另一端。如果我们能够利用这个力进行宇宙航行，就可以获得源源不断的动力。
每秒60000公里！几十年就能到比邻星，太阳帆技术或将再次提升 第2张图片

到了现代，科学家们证实了开普勒的想法，他们指出：这种来自太阳的动力，叫做光压。光压无处不在，但是压强比较小。一个成年人在晒太阳的时候，承受到的光压仅有1毫克左右。而且，这么小的压力，和空气阻力以及摩擦力相比，完全可以忽略不计，所以我们平时根本感受不到光压。
但是，如果有足够大的面积来承受光压，并且放置在高度真空的太空中，那么得到的推力就足够大了。
在太空中，小行星和那些可能形成流星雨的尘埃就会受到光压的影响，在漫长的岁月里出现运行轨道的变化，这对于天文学家们预测它们的轨迹来说也是一个难题。不过，如果我们能够合理地利用光压，那就可以使其对人类有用了。
每秒60000公里！几十年就能到比邻星，太阳帆技术或将再次提升 第3张图片

这就是太阳帆的原理，如果我们建造一个巨大的太阳帆，就像帆船的帆可以乘风而行一样，太阳帆也可以在光压的推动下持续加速，飞向太阳系边缘。科学家设想中的太阳帆，甚至可以加速到光速的20%，也就是每秒钟60000公里！按照这个速度，只需要几十年的时间，太阳帆就能抵达比邻星了！
不过，这确实需要非常大的面积才可以。科学家计算表明，即便是一张面积800m*800m的太阳帆，得到的光压也只有5N。可见，想要达到相对论速度，确实非常困难。
这个问题还可以抛到一边，因为科学家们明确地知道问题所在，也就可以针对性地提出解决方案，比如放大太阳帆的面积，或者从地球表面发射激光增强光压。
每秒60000公里！几十年就能到比邻星，太阳帆技术或将再次提升 第4张图片

太阳帆面临的一个问题是，它的动力来自于太阳，这意味着它飞到哪里，基本上是不受人类控制的。
这就很尴尬了，如果太阳帆既不能躲避路上的障碍，又不能设定飞行路线的话，那又要如何实现人类的探索呢？
最近，美国宇航局正在着手解决这个问题，他们希望能够利用光的衍射原理，改变光的方向，从而改变太阳帆的航向。美国宇航局已经给提出这种设想的工程师们提供了200万美元的资金，鼓励他们在此基础上进一步研究，实现利用衍射原理改变太阳帆的技术。
每秒60000公里！几十年就能到比邻星，太阳帆技术或将再次提升 第5张图片

衍射，是波的一种特性，指的是波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象，光作为电磁波的一种，也具有衍射的特点。科学家认为，只要我们能够利用衍射的原理改变太阳光照射到太阳帆表面的角度，就可以改变太阳帆的方向，目前美国宇航局正在进行这方面的研究。
美国宇航局局长比尔·尼尔森指出：“随着我们进入的宇宙比以往更深，我们需要一种创新的高精尖技术来驱动我们的任务。”
为此，美国宇航局很早就提出了创新先进概念计划，其目的就是鼓励各种大胆的科学尝试，寻求突破性或者创新性的技术，改变未来的航天技术格局，这个衍射太阳帆就是其中之一。
每秒60000公里！几十年就能到比邻星，太阳帆技术或将再次提升 第6张图片

据介绍，衍射太阳帆技术已经获得了两个阶段的资金奖励了，研究人员在前两个阶段提出了衍射太阳帆的设想及其可行性。他们这一次获得的资金是其第三阶段的一部分成果，研究人员有望在这个阶段取得进一步的突破，通过在太阳帆中嵌入小的光栅来进行衍射，从而改变光的方向，实现对太阳帆的方向控制。
除了衍射之外，还有科学家提出通过光的反射原理实现对太阳帆方向的控制。不过，罗切斯特理工学院的Grover Swartzlander教授认为，反射太阳帆会牺牲一部分来自太阳的能量，导致加速效率下降，还可能出现局部过热的情况。在他们看来，衍射太阳帆是目前最佳解决手段。
每秒60000公里！几十年就能到比邻星，太阳帆技术或将再次提升 第7张图片

科学家指出，这种衍射式太阳帆在阳光最强烈的位置获得的效果是最好的。因此，根据研究人员的设想，第一个使用衍射技术的太阳帆将会被送到太阳两极的方向。当然了，我们也可以利用地表的激光阵列给衍射式太阳帆进行加速，使其飞离地球。
目前，世界上很多国家都在进行太阳帆的研究，除了美国之外还有我国、日本等国家。太阳帆需要解决的问题不只有这一个，还有材料、折叠技术等等许多方面。如果我们能够解决这些问题，人类的航天器就可以前往比邻星，看看“三体星”到底是什么样的了。#太阳帆##比邻星##三体#


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标签：日本旅行美国旅行者一号美国宇航局
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