光明推進之路

LightSail-2是行星協會一個由公民資助的項目，用於測試立方體衛星太陽帆光推進技術，光帆二號利用陽光的動量來推進。而說到的立方體衛星是一種小型的標準化衛星，其實立方體衛星革命性地改變了空間產業，這在一定程度上要歸功於技術小型化的持續趨勢。它們使用現成的硬件，可以快速製造，這使它們成為大型衛星的經濟替代品。

另外，立方體小型衛星可以測試尚未完成的新技術，也可以飛行單個科學儀器來測量大型科學載荷。另外，立方體衛星還具有很大的教育意義，這些立方體衛星可以為學生提供新的思路，如何巧思建造一顆衛星，這是對內部構造和功能性選擇的必由之路。而擁有這一系列優勢的立方體衛星，費用僅為大型衛星任務的一小部分。

太陽帆推進器渲染圖

不過小型立方體衛星的一個缺點是它們缺乏推進能力，這限制了它們的應用範圍，而光帆二號可以實驗利用太陽光推進的可行性。

光能太陽航行的想法可以追溯到16世紀，但是真正的故事始於20世紀70年代末，當時美國宇航局考慮讓一艘巨大的太陽帆衛星駛向哈雷彗星，行星協會的聯合創始人卡爾·薩根在此期間也提出了這一概念，但是這個項目最終被取消了。

宇宙一號太陽帆實驗推進器

行星協會成立於1980年。該學會與俄羅斯之間的科學合作使得宇宙1號誕生了，這是一種利用洲際彈道導彈發射的太陽帆航天器。由於俄羅斯的問題，宇宙1號在2001年的部分試驗和2005年的全面飛行都失敗了。第一艘成功的太陽帆衛星終於在2010年發射升空，是日本的IKAROS宇宙飛船。

美國宇航局也一直想開發一種新推進能源，所以美國宇航局肯尼迪太空中心和約翰遜太空中心調查了使用太陽帆衛星脫離軌道的大氣阻力。第一次嘗試是一顆叫做NanoSail-D的小型衛星，但是2008年負責運載的獵鷹一號火箭失敗了，2010年，NanoSail-D2號任務取得了成功，但是後續美國宇航局便沒有繼續研究了。

NanoSail-D2號太陽帆推進器

行星協會的光帆計劃於2009年啟動，旨在建造一個類似於NanoSail-D2的立方體衛星，以展示真正的太陽光能航行技術。光帆一號在2015年乘坐Atlas V號火箭升空，但目標軌道不夠高，不足以達到太陽航行的要求，也無法克服大氣阻力。所以對於光帆一號來說，行星協會的主要目標就是通過搖降巡航來測試航天器的帆部署機制，這次任務取得了成功。

今年，光帆二號將被封裝在Prox-1中，這是佐治亞理工學院學生建造的一種小型洗衣機大小的封裝結構。光帆二號安裝在SpaceX的獵鷹重型火箭的上層，該火箭當時正在為美國空軍發射一個名為STP-2的有效載荷。

SpaceX STP-2的整流罩剖析圖，光帆二號在左邊金色的箔內

到時候，prox-1將從獵鷹號上分離到720公里高的軌道上，然後部署光帆二號。經過獵鷹重型火箭的部署期後，光帆二號打開了它的鉸鏈太陽能陣列，並展開了四個帆臂，這些帆把飛船的四個三角帆從封裝結構中拉了出來，金屬結構展開大約需要兩分鐘。

之後光帆二號開始在軌道上來回擺動，給航天器足夠的推力，使其軌道每天上升幾百米。這部分任務將持續一個月。

光帆二號釋放前階段，右邊為prox-1，左邊為軌道部署器

光帆二號的姿態控制系統不具有保持圓形軌道的精度。因此，當光帆二號軌道的一側上升時，另一邊將向下傾斜，直到大氣阻力克服太陽航行的力量，從而結束為期一個月的上升任務。飛船將在軌道上停留長達一年，然後才會再入大氣層。

雖然光帆二號沒辦法無限期地提升其軌道，但在未來，通過在軌道上更精確地傾斜控制行為，這是完全可能的。

光帆二號內部結構擁有一個迷你DVD，內部包含行星協會成員名單，貢獻者名單等等

“四十年前，我的教授Carl Sagan（卡爾·薩根）分享了他的夢想：利用太陽帆宇宙飛船探索宇宙。行星協會正在實現這一夢想。”現任行星協會首席執行官Bill Nye說。“來自世界各地的數萬人聚集在一起，支持這項任務。沒有他們，我們不可能完成這項任務。卡爾·薩根和他的同事Bruce Murray還有Louis Friedman創建了我們的組織，賦予各地人們空間推進科學和探索的能力。我們正準備發射！”

現在，光帆二號已經成為第一個利用陽光提升繞地球軌道的航天器。雖然光沒有質量，但它有動量，可以轉移到其他物體上，太陽帆可以利用這種動力來推進。光帆二號將演示太陽航行在立方體衛星中的應用。

2016年5月23日，在加州理工學院聖路易斯奧比斯波分校，行星協會的光帆二號衛星進行了一系列測試

加利福尼亞的飛行控制人員命令飛船於7月23日展開其太陽帆。在部署過程中捕獲了新的圖像，為我們展示了太陽帆完全打開的模樣，太陽帆的展開大戰大約是一個拳擊場的範圍。2019年7月24日，行星協會的光帆二號成功地部署了巨大的鍍鋁米拉爾帆，它的作用只有一個，那就是利用陽光來提升其軌道。

太陽帆的部署標誌著光帆二號任務的一個重要里程碑，“昨天，我們成功地在陽光下啟航。”行星協會的首席執行官Bill Nye說。“感謝我們的團隊和全世界數以萬計的支持者。”

光帆二號渲染圖

行星協會首席科學家兼LightSail項目經理Bruce Betts補充道：“我們欣喜若狂！任務團隊多年來一直在努力實現這一時刻，我們可以開始利用太陽光航行了。”

7月23日開始展開帆後，來自光帆二號的遙測數據顯示，航天器的小型馬達旋轉正常，從其中心主軸延伸出4米長的鈷合金吊臂。吊臂連接在四個三角形的帆段上，形成方形的太陽帆。

光帆二號由一個IU航空電子部分組成，該部分包含主航空電子板、傳感器接口板、收發器、EHE電池組件、扭矩杆、動量偏置輪、三個陀螺儀和加速度計

“太陽帆的成功部署和帆控制系統的啟動完成了我們發射後的關鍵階段。”光帆二號項目經理David Spencer說。“現在我們已經為太陽帆的任務做好了準備，下一步就是跟蹤軌道的變化並評估太陽光航行的性能。”

光帆二號的發電系統是由十塊太陽能電池板完成的，其中兩塊在衛星的頂部和底部，四塊雙面太陽電池板在側面板

夢想照進現實

光帆二號作為一種新推進能源的科學載荷，自身也許沒有其他衛星那樣，擁有各種各樣的科學儀器，但是其本身透露出來的探索精神更難能可貴。接下來我們跟隨任務進程，看看光帆二號的探索之旅吧。

光帆二號於2019年7月6日從安裝在雙面太陽能電池板上的照相機上捕捉到了這張照片。這張照片為我們展示了由太陽光在相機光學周圍散射而產生的一些透鏡耀斑偽像，該航天器的雙魚眼相機的視野約180度。

這些低分辨率的圖像顯示了在部署太陽能電池板之前光帆二號的內部，這些圖像被放大了3倍

這張圖片面向加勒比海，北面在頂部，於2019年7月7日拍攝。鏡頭耀斑在左下角和右上角可見，在左邊的耀斑是可見航天器太陽能電池板的反射光。

這張拍攝於2019年7月12日，從左邊可以看到加利福尼亞的頂端，位於墨西哥灣的熱帶風暴巴里在右上角可見，月球在圖片的中右邊緣光點附近可見。

這張地球圖片面向加勒比海向中美洲，於2019年7月7日被光帆二號拍攝，右下角可見透鏡耀斑。

這張地球圖片顯示的是太平洋，右邊是加利福尼亞和墨西哥，光帆二號於2019年7月18日拍攝，光帆二號的高度有720公里，即使在720公里的高度，航天器的太陽帆也會產生大氣阻力，這就限制了光帆二號的軌道提升時間。

這張照片拍攝於2019年7月23日，光帆二號的太陽帆已經展開，在背景中可以看到下加利福尼亞和墨西哥。光帆二號的雙185度魚眼鏡頭每個鏡頭都能捕捉到一半以上的太陽帆。

這張照片拍攝於2019年7月23日，太陽帆在這個時候幾乎完全展開，在邊緣附近出現彎曲，太陽在中心可見。

這些圖像為我們展示了光帆2號的太陽帆展開過程，它們都是來自相機1的縮略圖，原始分辨率為120×90像素，前13幀間隔10秒，其餘幀間隔30秒。

光帆二號於2019年7月31日16時31分拍攝到了它的太陽帆和地球的這張照片，當時宇宙飛船正在飛越太平洋。這張照片是朝北方向的，在背景中可以看到太平洋和加利福尼亞。

未來的太陽光能推進技術

現代科學正在飛速發展，人類對於太空探索的需求也在不斷增加，在未來，人類對於航天器推進方式的需求不應該僅僅停留在化學推進，而應該多條推進道路同時進行探索。

探索，即未知。雖然現在看起來光帆二號前進的速度很慢。但是我們可以大膽設想，在未來，我們可以在光帆材料上做一些改變，使用某些新材料，將光推進能量效率提升一些。

或者說使用新技術結構，簡化衛星載荷的負重性結構，讓光帆探測器行走的更遠。還有就是提升光帆航天器的使用壽命，這個至關重要。目前來說光帆二號的壽命只有一年左右，所以在未來，時間就是距離，時間就是力量。

我們還是要期待一下新技術帶來的便利性，未來，也許很多小型立方體衛星都會使用光帆光動量作為推進力量……未來可期。