太空揚帆不是夢

□小 米

太空揚帆不是夢

□小 米

在太空揚帆遠航，穿梭于星際，這是人類長久以來的夢想。如今，這個夢想可能很快就要變成現實了。

2015年5月20日，美國用“宇宙神5號”火箭發射了“光帆1號A”太陽帆航天器，它主要用于測試一些基本技術，但不進行星際旅行。2016年，美國還將發射“光帆1號 B”太陽帆航天器，它將飛得更遠，在太空揚帆。

這太陽帆到底是什么東西呢？讓我們從頭說起。

凡爾納有好點子

自從1957年10月4日蘇聯發射第1顆人造衛星，標志著航天時代到來以后，每個被發射上天的航天器都會攜帶著化學燃料、電能裝置或核燃料。然而近些年，一些航天科學家一直在研究如何利用比風更可靠、更自由的太陽光粒子，使其成為探測器的動力。

其實，太陽帆概念很早就產生了。現代意義上的太陽帆概念誕生于19世紀法國著名科幻小說家凡爾納的小說《從地球到月球》中，它是一種沒有發動機、用太陽光做動力的航天器。

凡爾納的思想為英國物理學家麥克斯韋的研究工作奠定

了基礎。19世紀70年代，麥克斯韋發現光是由非常小的粒子——光子構成的。由太陽發出的光子會以約30萬千米/秒的速度大量地向太空中擴散，以這個速度，一個光子在1秒內可以繞地球赤道飛7圈。光子對任何物體都會產生作用力，向物體撞擊并被反彈出去。盡管這種碰撞產生的能量非常小，但是太陽發出的光子的數量可是很多的，這些光子合在一起所產生的能量就相當大了。

傳統的航天器是由自身攜帶的化學燃料或核燃料所產生的能量推動的，而太陽帆僅僅用巨大的、像鏡子一樣的帆反射光子就能動起來。

開啟太空“永動機”

對于一個太陽帆來說，它的速度大小取決于它被光推動時間的長短。太陽帆在飛行的最初階段速度可慢了，如果以這種速度飛行，要花1年時間才能到達月球。但別著急，太陽帆真正的本領還沒發揮出來呢。

太陽帆的優勢就在于，它不像常規火箭那樣，推力只能持續相對短暫的時間。太陽光對太陽帆的推動，可是會一直持續下去的。在飛行100天后，它的速度能達到約16000千米/小時，1年后能達到約58000千米/小時，只要3年時間，太陽帆的速度就能達到約160萬千米/小時。按照這樣的加速度，太陽帆不出5年就能到達冥王星。今年7月14日飛臨冥王星的“新視野號”探測器，可用了9年多時間才到達目的地。

通過持續的加速，太陽帆能夠達到很高的速度。但是它離太陽也越來越遠，陽光變得越來越弱，推動力自然就下降了。如果想讓太陽帆飛出太陽系，科學家準備用激光推動它，不過，目前的科技水平還無法實現這一目標。科學家認為，或許，第一批天外來客就會以這樣的方式光臨地球。

失敗是成功之母

近年來，日本和美國已多次在太空進行太陽帆試驗，其中有成功也有失敗，回望太陽帆的研究之路，可以說是坎坷不斷，十分不易。

2001年7月20日，世界上第一個大型太陽帆——“宇宙1號”進行了亞軌道飛行試驗，但因發射“宇宙1號”的“波浪號”火箭所攜帶的計算機出現失誤，沒有發出讓火箭的第三級分離的指令，致使“宇宙1號”的帆無法展開。最后，它與火箭的第三級一起墜落。

2004年8月9日，日本宇宙研究開發機構在鹿兒島發射了一枚S310小型火箭，火箭在太空中旋轉飛行時成功地打開了兩個不同形狀、直徑為10米的無骨架太陽帆，這在世界上尚屬首次。

2005年6月21日，“宇宙1號”再次進行試驗，由“波浪號”火箭從水下潛艇發射升空，但又因火箭故障而失敗。其實，“宇宙1號”起初的設計方案真的很棒：它重約100千克，每個帆的長度為15米，由鍍鋁的增強型聚酯薄膜做成，僅5微米厚，大約只相當于塑料垃圾袋厚度的1/4。可惜，這些尖端的設計并沒有得到發揮作用的機會。

2008年8月3日，美國用“獵鷹1號”火箭發射“納帆-D1”太陽帆時，同樣也因火箭故障而失敗。“納帆-D1”原設計重4.5千克，由鋁與塑料制成。太陽帆展開后是由四個三角形組成的正方形，邊長約3米，總面積約為9.3平方米。

太陽帆的研制過程還真是多災多難啊，科學家為了它費盡了心思。

展開以后的日本“伊卡洛斯”太陽帆。

美麗的星際大風箏

一次次的失敗雖然讓人懊惱，但也使科學家獲得了更多的經驗。近幾年，終于苦盡甘來——2010年5月21日，日本發射的“伊卡洛斯”太陽帆獲得了成功。

因為過去進行的太陽帆試驗只在地球周圍軌道進行，所以，順利離開地球遠航的“伊卡洛斯”，是世界上第一個成功使用太陽帆技術的深空探測器。此次試驗改寫了人類航天的歷史，使深空探測成為可能，也標志著“宇宙大航海時代”的真正來臨。

“伊卡洛斯”太陽帆是一個高1米、直徑1.6米的筒狀小型航天器。當它進入太空后，卷在一起的超薄膜太陽帆徐徐展開，形成邊長14米、對角線距離為20米的正方形帆面，樣子就像一面大風箏。這面大風箏上的新科技真不少：它的超薄膜的厚度只有頭發直徑的1/10，重量僅為一枚硬幣的1/5，可自由調節光反射；帆面上還嵌有25微米厚的硅薄膜太陽電池，電池所產生的電能除用于驗證薄膜太陽電池的性能外，還為所攜帶的設備供電。

重整旗鼓再試驗

雖然經歷過“宇宙1號”太陽帆的失敗，但美國對研制太陽帆仍自信滿滿。2015年5月20日，“光帆1號A”太陽帆航天器發射成功。它只有一個面包那么大，升空后展開成4塊三角形薄膜，拼成一個正方形帆面，面積達到32平方米。

美國計劃在2016年發射“光帆1號B”。它的運行軌道比“光帆1號A”高，樣子就像一個長條面包，重約5千克。它由2個艙組成，其中一個用于儲存電子和控制設備，另外一個用于攜帶折疊的太陽帆。美國還將研制比“光帆1號”飛得更高、更遠的“光帆2號”和用于太陽氣候監測的“光帆3號”。如果一切順利，太陽帆有望成為人類飛出太陽系的主要工具。

利用太陽能來進行太空航行的太陽帆，代表了人類未來的太空飛行技術，它將向開發新型宇宙發動機的方向邁出重要一步。也許在不久的將來，我們就能真正在太空揚帆遠航了。

“光帆1號”在光壓推動下飛行示意圖。