隨著比爾.奈的太陽(yáng)能飛船升空，科幻小說(shuō)的設(shè)想即將成為現(xiàn)實(shí).
圖解：光帆2號(hào)的藝術(shù)概念圖
由科學(xué)教育家比爾.乃領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)美國(guó)非盈利公益準(zhǔn)備發(fā)起一項(xiàng)太空眾籌項(xiàng)目，該項(xiàng)目是有史以來(lái)第一次使用太陽(yáng)帆操縱的地球軌道衛(wèi)星。
太陽(yáng)帆很長(zhǎng)一段時(shí)間都是科幻小說(shuō)的寵兒。但直到最近幾年，科學(xué)家們才認(rèn)真的采取一些措施使其成為可能。
它們由巨大且輕型的鏡面驅(qū)動(dòng)，通過(guò)反射入射的光子來(lái)工作——就像普通的鏡子一般，當(dāng)你盯著鏡子看時(shí)，你可以看到自己的圖像。
但他們不是為了反射這一行為而設(shè)計(jì)的，而是利用了光子的特性——沒有質(zhì)量卻有動(dòng)能。這意味著當(dāng)光子射入鏡子時(shí)，會(huì)像無(wú)數(shù)的小臺(tái)球一樣從一個(gè)相配的表面反彈回來(lái)，從而利用動(dòng)能的推動(dòng)飛船。
單個(gè)光子的推力是非常小的，但是如果你在一個(gè)足夠大的表面上照射足夠多的的光，效果就會(huì)疊加。這并不像風(fēng)力推動(dòng)游艇的帆，但也沒有聽起來(lái)那么不同。
“有趣的是，它的工作原理非常像一艘帆船” 奈說(shuō)。
從一2005年發(fā)射失敗的叫做cosmos 1的項(xiàng)目，到2010年日本的一個(gè)用來(lái)測(cè)試光帆在星際空間內(nèi)運(yùn)行能力的叫做Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation of the Sun(IKAROS)的項(xiàng)目，都說(shuō)明之前已經(jīng)有少數(shù)項(xiàng)目試圖證明太空帆的可能性。
但是這個(gè)叫做光帆2號(hào)的新項(xiàng)目，將會(huì)是唯一一個(gè)試圖使用太陽(yáng)帆在地球軌道上操縱的項(xiàng)目。
該項(xiàng)目由行星協(xié)會(huì)啟動(dòng)，行星協(xié)會(huì)是一個(gè)非盈利公益組織，致力于促進(jìn)空間科學(xué)和探索。它在2019年發(fā)射，并作為獵鷹重型火箭荷載的一部分。該火箭是目前世界上最大型的火箭，由個(gè)人企業(yè)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）建造完成。
行星協(xié)會(huì)的詹妮弗.沃恩說(shuō)“這個(gè)耗資700萬(wàn)美元的項(xiàng)目100%由個(gè)人資助，這些人對(duì)太空飛行充滿熱情，并愿意把自己的錢投入其中?！?她補(bǔ)充道，總共有4萬(wàn)多人捐款，捐款金額從5美元到100多萬(wàn)美元不等。
該組織的首席科學(xué)家兼光帆項(xiàng)目經(jīng)理布魯斯.貝茨解釋說(shuō)，該航天器本身是一個(gè)“三單元立方體衛(wèi)星”。他說(shuō)：“大概有一條面包那么大?！?/p>
它只有5公斤重，降低了發(fā)射成本，并允許和其他項(xiàng)目共享空間。
一旦進(jìn)入軌道，它將發(fā)射出四個(gè)鈷合金吊桿，并將部署32平凡米閃亮的聚脂薄膜——這就形成了帆。
“這相當(dāng)于一個(gè)拳擊臺(tái)的大小” 貝茨說(shuō), 并補(bǔ)充道 “其中一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是，如何把所有這些東西塞進(jìn)一個(gè)微型宇宙飛船里”。
該任務(wù)的項(xiàng)目經(jīng)理大衛(wèi).斯賓塞說(shuō)，為了導(dǎo)航，飛船將使用一個(gè)太陽(yáng)能動(dòng)量輪來(lái)改變整個(gè)飛行器的角度，包括光帆。
這將使它通過(guò)改變陽(yáng)光照射船帆的角度來(lái)控制方向，當(dāng)航天器需要推力時(shí)，它會(huì)旋轉(zhuǎn)帆使帆面朝向太陽(yáng)。當(dāng)這樣的推力把他推向錯(cuò)誤的方向時(shí)，它就會(huì)旋轉(zhuǎn)，這樣船帆就會(huì)緊貼著太陽(yáng)。
貝茨說(shuō)，即使船帆完全朝向太陽(yáng)，對(duì)它的壓力也會(huì)很小，就像一只蒼蠅坐在你前臂上的重量一樣。
但是斯賓塞補(bǔ)充說(shuō)，“它總歸在那里，你可以使用它。”
斯賓塞說(shuō)，運(yùn)載火箭將把他送到一個(gè)高度約為720公里的圓形軌道，但是帆應(yīng)該可以讓它每天增加500米。
“如果我們每天都可以實(shí)現(xiàn)可觀的增長(zhǎng)，那就是一種勝利，”他說(shuō)道。
并不是說(shuō)這項(xiàng)任務(wù)就沒有風(fēng)險(xiǎn)了，斯賓塞認(rèn)為最大的風(fēng)險(xiǎn)是太陽(yáng)傳感器和磁力儀的故障，這些傳感器和磁力儀用來(lái)幫助宇宙飛船知道它指向的方向。
“這些東西必須正常合理的運(yùn)行以便航天器控制自身” 他說(shuō)道。
偏離軌道的宇宙射線和其他輻射也會(huì)造成軟件和硬件的問(wèn)題。
與此同時(shí)，光帆2號(hào)任務(wù)也引起了美國(guó)宇宙航天局科學(xué)家們的極大興趣，他們希望在2020年發(fā)射自己的光帆推進(jìn)任務(wù)，命名為“國(guó)家航空航天偵察兵”，探索一科名為“1991VG”的小型近地小行星。
該航天器重13公斤，使用6個(gè)立方體衛(wèi)星的發(fā)射空間，并有一個(gè)82平凡米的光帆。
然而，即使如此大的表面積，也只能提供非常低的加速度——大約每秒0.07毫米的速度，此次任務(wù)的首席研究員美國(guó)國(guó)家航空航天局馬歇爾航天中心的萊斯.約翰遜說(shuō)道。
但是這已經(jīng)足夠讓它在兩年內(nèi)以每秒4到5公里的速度與小行星會(huì)和，然后慢慢地飛躍它。
這次任務(wù)的成本只有2800萬(wàn)美元，只是傳統(tǒng)的小行星會(huì)和任務(wù)成本的一小部分。
“光帆真正酷的地方在于,” 他補(bǔ)充道 “如果一切正常，我們可以繞一個(gè)圈，然后再回來(lái)。這需要幾個(gè)月的時(shí)間，但如果我們需要更多的數(shù)據(jù)，我們會(huì)提前回來(lái)?！?/p>
他的團(tuán)隊(duì)和光帆2號(hào)的團(tuán)隊(duì)，他補(bǔ)充道，已經(jīng)相互交流很久了。
“我們都是太陽(yáng)能’水手’，都想實(shí)現(xiàn)同樣的目標(biāo)，所以我們彼此交談，彼此分享?！?他說(shuō)
他補(bǔ)充說(shuō)，從技術(shù)角度來(lái)看有趣的地方是，無(wú)論是NASA的光帆還是行星協(xié)會(huì)的光帆，都沒有使用奇異的新材料。
他解釋說(shuō):“這些吊桿也帆的材料已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了?！?/p>
“使之成為可能的是航天器的小型化。當(dāng)一切都開始收縮時(shí)，我們建造的帆突然開始有效地加速。這就是整個(gè)領(lǐng)域得以騰飛的原因，”
與此同時(shí)，光帆2號(hào)的行動(dòng)應(yīng)該在美國(guó)和澳大利亞的大部分地區(qū)都能看到——基本上是在赤道42度以內(nèi)的任何地方都可以，貝茨說(shuō)。
它的亮度將取決與它在任何特定時(shí)刻的光帆角度，但如果你在正確的時(shí)間捕捉到它，貝茨說(shuō):“它將非常明亮——比最亮的行星還要亮的多?！?/p>
奈補(bǔ)充說(shuō)，在行星協(xié)會(huì)的網(wǎng)站上將會(huì)有一個(gè)地方，你可以輸入你的經(jīng)度和緯度，并得到看的方向。
“住在離赤道不遠(yuǎn)的人很可能不止一次地看到它” 他說(shuō)。
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