概念起源
![太陽帆飛船結構圖](/img/8/c7f/nBnauM3XxUDO4EjN0YjNzkzN1ITMykDM5IzMwADMwAzMxAzL2YzLyEzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
著名天文學家克卜勒在400年前就曾構想不要攜帶任何能源,僅僅依靠太陽光能就可使宇宙帆船馳騁太空。但太陽帆飛船這一概念到20世紀20年代才明晰起來。
1924年,俄國航天事業的先驅康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基和其同事弗里德里希·燦德爾明確提出“用照到很薄的巨大反射鏡上的陽光所產生的推力獲得宇宙速度”。正是燦德爾首先提出了太陽帆——一種包在硬質塑膠上的超薄金屬帆的構想,成為現在建造太陽帆的基礎。
原理
![太陽帆飛船](/img/6/6c1/nBnauM3X1UDMzgDM3EzNzkzN1ITMykDM5IzMwADMwAzMxAzLxczLzAzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLxE2LvoDc0RHa.jpg)
人們知道,光是由沒有靜態質量但有動量的光子構成的,當光子撞擊到光滑的平面上時,可以像從牆上反彈回來的桌球一樣改變運動方向,並給撞擊物體以相應的作用力。單個光子所產生的推力極其微小,在地球到太陽的距離上,光在一平方米帆面上產生的推力只有0.9達因,還不到一隻螞蟻的重量。因此,為了最大限度地從陽光中獲得加速度,太陽帆必須建得很大很輕,而且表面要十分光滑平整。“宇宙”1號的太陽帆面積為530.93平方米,與光壓獲得的推力僅為255克。
如果太陽帆的直徑增至300米,其面積則為70686平方米,由光壓獲得的推力為0.034噸。根據理論計算,這一推理可使重約0.5噸的太空飛行器在二百多天內飛抵火星。若太陽帆的直徑增至2000米,它獲得的1.5噸的推力就能把重約5噸的太空飛行器送到太陽系以外。
由於來自太陽的光線提供了無窮盡的能源,攜有大型太陽帆的太空飛行器最終可以以每小時24萬公里的速度前進。這個速度要比當今以火箭推進的最快太空飛行器快4—6倍。即比第二宇宙速度快6倍,比第三宇宙速度快4倍。因為在太空中運行的太空飛行器處於失重狀態,又無空氣阻力,只要加少許力的作用,就會改變運動方向和速度。
發射
2001年7月20日,行星協會發射了太陽帆飛船太空飛行器。這是一顆亞軌道太空飛行器,是世界上首次使用太陽帆作為航天飛行動力裝置的太空飛行器。這顆太空飛行器沒有能與第三級火箭分離,最終墜毀了。
研製人員準備了3年時間,2005年,第二個太陽帆飛船也已經發射。這個太陽帆飛船比原來設計更大,由8個三角帆組成,可以環繞地球軌道運行,於2005年6月21日從一艘位於巴倫支海的俄羅斯潛艇K-496上發射 。發射後與地球失去聯絡。之前有報導說發射失敗,行星協會在保持一陣沉默後也承認這次實驗未能成功將太空船送入軌道。
與科幻影片
太陽帆的《星戰》之緣
在喬治·盧卡斯的《星戰前傳》中,杜庫伯爵乘坐一艘張著大帆的星際飛船離開吉奧諾西斯星球,從克隆戰爭的風暴中逃脫。他乘座著這艘飛船來到科洛桑星球廢棄的郊外,會見了他的黑暗面導師,達斯·西底亞斯。 這正是一艘太陽帆飛船。
新計畫
![“宇宙一號”發射示意圖](/img/4/126/nBnauM3XygTOzQDMzcjNzkzN1ITMykDM5IzMwADMwAzMxAzL3YzLxYzLt92YucmbvRWdo5Cd0FmLwE2LvoDc0RHa.jpg)
2009年11月9日,美國行星學會宣布:2010年可能是太陽帆輝煌之年,至少有兩個試驗任務將發射並演示驗證太陽光壓在太空產生推動力的創新套用。
美國行星學會研究人員介紹,這種改良版太陽帆飛船名為“光帆”,可在距地表800公里高空處軌道上飛行。這種飛船大小和一長條麵包類似,重約5公斤。飛船由3顆微型衛星組成,其中一個用於儲存電子,另外兩個用於攜帶摺疊太陽帆。太陽帆由一種聚酯薄膜製成,展開後邊長5米,厚度僅為普通垃圾袋的四分之一左右。
太空“泰姬陵”
美國行星學會宣布重啟太陽帆計畫當天,正值學會已故創始人、前太空人兼科幻小說作家卡爾·薩根誕辰75周年紀念日。
雖然經歷過失敗,但行星學會對改良版太陽帆發射成功自信滿滿。學會主席弗里德曼說,即使太陽帆只在一小段軌道上受控制,但只要有現象顯示它是以太陽能為動力,即證明發射成功。
意義
長期以來,人們一直都渴望著能夠擺脫對火箭的單一依賴,找到新的動力方式,實現人類遨遊太空的夢想,其中之一就是製造太陽帆利用太陽能來進行太空航行。
太陽帆代表了人類未來太空飛行的技術,它將為開發新型宇宙發動機方向邁出重要一步,可以相信,人類未來完全可以利用太陽帆從事深空探索,並給人類的太空旅行帶來一場新的革命。因此,太陽帆飛船的命運不僅關係到未來星際航行中能源系統的建設,也將關係到人們對研製開發太陽帆的態度。
盤點《星球大戰》中的飛船
《星球大戰》系列電影集中使用了最先進的高科技電腦及數字製作手段,創造了一個前所未有的太空世界。它對宇宙中各種星系、文明、生物的描述,它所創造的各種奇形怪狀的外星人與太空飛行器,它所表現的波瀾壯闊的太空場景和星球大戰場面,超出常人所思,非一般科學技術所能表現,不能不說是一種夢幻般的視覺奇觀。 |