太空中有没有一种物质随处可见,并可以像风推动帆船一样推动“太空帆船”航行?

比邻星上的黑旗帜



在人类宇航技术进展缓慢的情况下,另辟蹊径寻找新的宇航推进方式是很有必要的,就像早期地球上的风帆木船一样,在太空中我们也能利用太阳风来进行宇宙航行。

上个世纪科学家们就意识到了太阳光会产生光压,因此设想出了一艘装有巨大反射面的光帆飞船,这种飞船本身不需要携带任何燃料就能利用太阳光压进行持续加速,但这种飞船目前并没有被制作出来。


霍金生前曾联合俄罗斯富豪开启过一项名为“突破摄星”的光帆探测器计划,不过这种光帆探测器的主要动力来自于地球上定点发射的强激光,这样一来就能在短时间内达到光速的20%进而前往比邻星,然而随着霍金的去世这个计划就没了下文了。

光子的静止质量虽然为零,但是它是有动质量的,光帆飞船就是想用巨大的反射膜接收太阳光压进而实现加速,并且这个加速度会随着时间的推移持续上升,但目前的材料技术还不能制作出质量足够小体积又足够大的光帆。


光帆推进在宇航技术中的地位就像风力发电在人类发电体系中的地位一样,注定只能做一个替补角色,真正的宇航技术发展还是要可控核聚变这样的强大能源才行。


宇宙探索未解之迷


帆船在大海上航行的动力来源于风,具体的说是空气流动施加在船帆上的力。可不可以利用一种帆在太空飞行呢?

图:太阳帆



这种帆确实存在,它就是太阳帆,或者称为光帆。太阳帆利用了光照产生的辐射压使宇航器获得前进的动力。

太阳帆依靠光辐射作为动力,可以大大的节约飞行器的燃料。这对需要节约每一克载荷的宇航器来说非常有利。但由于光的辐射压非常的小,越是远离太阳获得的推力就越小,如果要用太阳帆作为宇航器的主动力,就必须把它做得非常的大。而且,低于800千米的轨道的气体阻力会很大,所以不能使用。

目前,太阳帆的技术已在航天器上得到了应用,主要用来调整航天器的姿态或轨道。例如:执行探索水星任务的信使号探测器,在飞行途中多次利用光伏板作为太阳帆来进行调姿。


图:
IKAROS

目前以太阳帆作为动力的宇航器是日本人于2010年发射的IKAROS,它是一个实验性质的太阳帆。它主要目的就是实验太阳帆能够获得的加速度、太阳帆的控制等。它在发射后的约半年在离金星80000千米的地方飞过。这个实验成功后,日本准备发射50米的太阳帆执行飞向木星的任务。



在未来,太阳帆技术成熟后,可利用太阳帆执行飞向宇宙深空的任务,在可见的未来,太阳帆作为载人飞船的主动力还是不现实的,它的加速实在是太慢了。

图:2005年发射失败的宇宙1号


讲科学堂


引力助推可以是吗?

引力助推,也称为引力弹弓效应,或绕行星变轨。是利用行星和其他天体的相对运动和引力,改变飞行器的轨道和速度,以此节当燃料时间和计划成本。


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