太阳帆如何工作

大约400年前，欧洲大部分地区仍在参与世界海军探索，约翰内斯开普勒提出了使用帆探索银河系的想法。通过他的观察，他认为彗星尾巴被某种太阳的微风吹动，他相信帆可以捕捉到风向飞船上的风，就像风在海洋上移动船一样。尽管开普勒对太阳风的想法已经被驳回，但科学家们从那以后发现，阳光确实发挥了足够的力来移动物体。为了利用这种力量，美国国家航空航天局（NASA）一直在尝试巨型太阳帆，这些太阳帆可以通过光线推动。

太阳能航天器有三个组件：

太阳能帆驱动航天器不需要传统推进剂才能使用，因为它的推进剂是阳光，阳光是其发动机。光由电磁辐射组成，该辐射将力施加在与之接触的物体上。NASA的研究人员发现，在1个天文单位（AU）处，这是从太阳到地球的距离，相当于9300万英里（1.5亿公里），阳光可以产生约1.4千瓦（KW）的功率。如果您服用1.4 kW并按光的速度将其划分，您会发现太阳施加的力量约为9（n）/平方英里（即2磅/km²或.78 lb/mi²）。相比之下，航天飞机主发动机在升空期间可以产生167万n的力，并在真空中产生210万个n的推力。然而，最终，太阳帆上阳光的连续力可能会推动航天器的速度比传统火箭快五倍。

现在，让我们仔细看看这些帆。

尽管在1970年代之前已经设计了太阳能航行（NASA的太阳帆计划），但直到过去十年左右的材料都太重了，无法设计实用的太阳能帆船。除了轻巧之外，材料还必须具有高度反射性并能够忍受极端温度。如今，NASA测试的巨型帆由非常轻巧的反射材料制成，比平均文具薄板薄100倍。这种“铝制，抗温度的材料”称为CP-1。另一个正在开发太阳帆技术的组织，行星社会（位于加利福尼亚州帕萨迪纳的私人非营利组织）支持宇宙1，它拥有由铝制式聚酯纤维制成的太阳帆，大约是一个单层塑料垃圾袋的厚度大约四分之一。

帆的反射性是关键。当光子（光颗粒）从反射材料中弹起时，它们通过将动量转移到帆中轻轻推动帆。因为阳光的光子太多了，并且由于它们不断撞到帆，因此在帆上施加的恒定压力（每单位区域）施加恒定的压力，从而产生了航天器的恒定加速度。尽管太阳能航天器上的力小于常规化学物质火箭， 如那个航天飞机，太阳能航天器会随着时间的流逝而不断加速，并达到更高的速度。

您可能想知道，当航天器发现自己远非阳光时会发生什么。车载激光可以接管为帆提供必要的推进。

太阳能 - 检查。太阳帆 - 检查。但是，我们如何将帆及其航天器进入太空呢？让我们来看看。

只有阳光作为力量，太阳帆永远不会直接从地面发射。需要第二个航天器来启动太阳能航行，然后将其部署在太空中。推出太阳帆的另一种可能的方法是使用微波炉或激光由卫星或其他航天器提供的梁。这些能量光束可以针对帆将其发射到太空中，并在旅途中提供二级电源。在NASA的一个实验中喷气推进实验室（JPL），使用微波梁驱动帆将其升空，而激光梁被用来向前推动帆。

推出后，使用内置部署机制触发的充气动臂系统部署帆。

太阳帆技术最终将在长距离中发挥关键作用NASA任务。但是，这些太阳帆将能够带我们多远，它们将使我们到达那里有多快？

正如我们在上一节中发现的那样，最初不会由用于发射航天飞机的力量驱动。美国宇航局认为，对空间的探索类似于“乌龟和野兔”的故事，火箭派的航天器是野兔。在这场比赛中，火箭飞行器将迅速跳出来，迅速朝目的地移动。另一方面，由太阳帆提供动力的无火人航天器将以缓慢而稳定的速度开始旅程，随着太阳继续向其施加力量，逐渐升高了速度。迟早，无论它走得多快，火箭船都会用尽动力。相比之下，太阳能帆船可从阳光下供电。此外，太阳帆可能会返回地球，而火箭驱动的车辆将没有任何推进剂将其带回。

随着它继续被阳光推动，太阳能帆船式车辆将建立火箭驱动车辆永远无法实现的速度。这样的车辆最终将以约56英里/秒（90 km/sec）的速度行驶，将超过200,000 mph（324,000 kph）。该速度比航天飞机的轨道速度（8 km/sec）快10倍。为了让您了解这一点的速度，您可以在不到一分钟的时间内从纽约到洛杉矶，太阳能汽车以最高速度行驶。

如果NASA要发射由太阳能帆提供动力的星际探测器，那么它只需要八年的时间才能捕获Voyager 1号航天器（距地球最远的航天器），该航天器已经旅行了20多年。通过添加激光或磁光发射器，NASA表示可以将速度推到18,600 mi/sec（30,000 km/sec），这是十分之一光速。以这些速度，星际旅行几乎是确定的。