太空中有沒有一種物質隨處可見,並可以像風推動帆船一樣推動“太空帆船”航行?

比鄰星上的黑旗幟



在人類宇航技術進展緩慢的情況下,另闢蹊徑尋找新的宇航推進方式是很有必要的,就像早期地球上的風帆木船一樣,在太空中我們也能利用太陽風來進行宇宙航行。

上個世紀科學家們就意識到了太陽光會產生光壓,因此設想出了一艘裝有巨大反射面的光帆飛船,這種飛船本身不需要攜帶任何燃料就能利用太陽光壓進行持續加速,但這種飛船目前並沒有被製作出來。


霍金生前曾聯合俄羅斯富豪開啟過一項名為“突破攝星”的光帆探測器計劃,不過這種光帆探測器的主要動力來自於地球上定點發射的強激光,這樣一來就能在短時間內達到光速的20%進而前往比鄰星,然而隨著霍金的去世這個計劃就沒了下文了。

光子的靜止質量雖然為零,但是它是有動質量的,光帆飛船就是想用巨大的反射膜接收太陽光壓進而實現加速,並且這個加速度會隨著時間的推移持續上升,但目前的材料技術還不能製作出質量足夠小體積又足夠大的光帆。


光帆推進在宇航技術中的地位就像風力發電在人類發電體系中的地位一樣,註定只能做一個替補角色,真正的宇航技術發展還是要可控核聚變這樣的強大能源才行。


宇宙探索未解之迷


帆船在大海上航行的動力來源於風,具體的說是空氣流動施加在船帆上的力。可不可以利用一種帆在太空飛行呢?

圖:太陽帆



這種帆確實存在,它就是太陽帆,或者稱為光帆。太陽帆利用了光照產生的輻射壓使宇航器獲得前進的動力。

太陽帆依靠光輻射作為動力,可以大大的節約飛行器的燃料。這對需要節約每一克載荷的宇航器來說非常有利。但由於光的輻射壓非常的小,越是遠離太陽獲得的推力就越小,如果要用太陽帆作為宇航器的主動力,就必須把它做得非常的大。而且,低於800千米的軌道的氣體阻力會很大,所以不能使用。

目前,太陽帆的技術已在航天器上得到了應用,主要用來調整航天器的姿態或軌道。例如:執行探索水星任務的信使號探測器,在飛行途中多次利用光伏板作為太陽帆來進行調姿。


圖:
IKAROS

目前以太陽帆作為動力的宇航器是日本人於2010年發射的IKAROS,它是一個實驗性質的太陽帆。它主要目的就是實驗太陽帆能夠獲得的加速度、太陽帆的控制等。它在發射後的約半年在離金星80000千米的地方飛過。這個實驗成功後,日本準備發射50米的太陽帆執行飛向木星的任務。



在未來,太陽帆技術成熟後,可利用太陽帆執行飛向宇宙深空的任務,在可見的未來,太陽帆作為載人飛船的主動力還是不現實的,它的加速實在是太慢了。

圖:2005年發射失敗的宇宙1號


講科學堂


引力助推可以是嗎?

引力助推,也稱為引力彈弓效應,或繞行星變軌。是利用行星和其他天體的相對運動和引力,改變飛行器的軌道和速度,以此節當燃料時間和計劃成本。


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