光子如何徹底改變太空飛行

幾天之后，一架SpaceX獵鷹重型火箭將從佛羅里達(dá)起飛，攜帶一塊面包大小的衛(wèi)星，沒(méi)有任何東西可以驅(qū)動(dòng)它，而是一個(gè)巨大的聚酯“太陽(yáng)帆”。

幾十年來(lái)，它一直是科學(xué)家的夢(mèng)想，但最近才成為現(xiàn)實(shí)。

這個(gè)想法可能聽起來(lái)很瘋狂：通過(guò)沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)，沒(méi)有燃料和沒(méi)有太陽(yáng)能電池板的太空真空推動(dòng)飛行器，而是利用被稱為光子的光能包的動(dòng)量 - 在這種情況下來(lái)自我們的太陽(yáng)。

該航天器將于周一發(fā)射，名為L(zhǎng)ightSail 2，由行星協(xié)會(huì)開發(fā)，該協(xié)會(huì)是一個(gè)促進(jìn)太空探索的美國(guó)組織，由傳奇天文學(xué)家卡爾薩根于1980年共同創(chuàng)立。

但這個(gè)想法本身已經(jīng)存在了很長(zhǎng)時(shí)間。

“在17世紀(jì)，約翰內(nèi)斯·開普勒談到了在明星之間航行，”行星協(xié)會(huì)首席執(zhí)行官比爾奈告訴法新社。

開普勒理論認(rèn)為帆和船“可以適應(yīng)天上的微風(fēng)”，“事實(shí)證明，確實(shí)存在。這不僅僅是詩(shī)歌，”Nye說(shuō)，他在美國(guó)被稱為“科學(xué)家”之后的孩子們電視節(jié)目讓他在20世紀(jì)90年代成名，現(xiàn)在主持Netflix節(jié)目。

建造太陽(yáng)帆并不像您想象的那樣需要尖端技術(shù)。

它本質(zhì)上是一個(gè)非常薄的大方塊(小于人類頭發(fā)的寬度)，它也是超輕和反光的。

隨著光子從帆上反彈，它們以與反射光相反的方向傳遞它們的動(dòng)量。

Nye解釋說(shuō)：“宇宙飛船的體積更大，更光亮，質(zhì)量更低，它的推力越大。”

這些光子提供的推力很小 - 但它也是無(wú)限的。“一旦你進(jìn)入軌道，你就永遠(yuǎn)不會(huì)耗盡燃料，”他說(shuō)。

日本航天局于2010年發(fā)射了一艘名為Ikaros的太陽(yáng)帆，但其他人未能對(duì)這一概念進(jìn)行全面測(cè)試。

“這是一個(gè)浪漫的想法，時(shí)間終于來(lái)了，”奈說(shuō)。“我們希望這項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。”

無(wú)限的能量

它的前身是LightSail 1，于2015年發(fā)射。但它的任務(wù)持續(xù)了幾天，遇到了問(wèn)題，僅用于測(cè)試帆的部署。

LightSail 2耗資700萬(wàn)美元，在太空任務(wù)方面相對(duì)微不足道。預(yù)計(jì)將在軌道上停留一年，并代表更明確的概念證明。

Bill Nye，一位深受愛戴的科學(xué)傳播者，在美國(guó)被稱為“科學(xué)家”

“我們希望將太空探索民主化，”Nye熱情洋溢，他邀請(qǐng)大學(xué)和企業(yè)采用這項(xiàng)技術(shù)。

從佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心發(fā)射幾天后，LightSail 2將打開其鉸鏈?zhǔn)教?yáng)能電池陣列，然后部署其帆的四個(gè)三角形部分，它們一起形成一個(gè)巨大的正方形。

在這次演示中，太陽(yáng)能電池板將為衛(wèi)星的其他功能提供電力，如攝影和地面通信。

當(dāng)它圍繞地球運(yùn)行時(shí)，由于帆上的太陽(yáng)輻射壓力，它將開始增加其高度。

那么我們?cè)诓痪玫膶?lái)會(huì)看到所使用的技術(shù)是什么?

首先，它可以促進(jìn)深空探索。雖然起飛速度比由燃料驅(qū)動(dòng)的太空船慢得多，但它將繼續(xù)在太空中永久加速，最終達(dá)到令人驚嘆的速度。

另一個(gè)應(yīng)用是將探測(cè)器保持在空間中的靜止點(diǎn)，這將需要無(wú)限制地進(jìn)行校正。例如，望遠(yuǎn)鏡尋找地球附近的小行星，或需要固定在北極上方靜止軌道的衛(wèi)星。

“你需要大量的火箭燃料來(lái)保持靜止10年。這是不切實(shí)際的，”奈說(shuō)。

另一方面，光子是無(wú)限的。

作為獎(jiǎng)勵(lì)，科學(xué)家說(shuō)，“你將能夠從地上看到它”，用肉眼觀察。