跟团去太空的计划让我们充满了期待,这是一个令人热血沸腾的设想。下面山姆教授向你们介绍一个更伟大的设想——太阳帆。
人类很早就学会了制造风帆,利用自然风这种免费而无限的动力来弥补划桨力量的不足。
对于正在探索宇宙的人类来说,现代飞船有限的化学燃料能提供的动力同样不是很有效,于是人们期待找到并利用宇宙中的某种免费动力来起到与风帆同样的推动作用。
太阳风首先进入科学家的视线,但是很快他们就发现了推动力比太阳风大1000多倍的太阳光。
太阳帆——利用太阳光的光压进行宇宙航行的一种航天器。光压形成的推力在地球上看来是很小的,但在没有空气阻力的太空,这种小小的推力仍能为有足够帆面面积的太阳帆提供足够的加速度。
具体说,如果先用火箭把太阳帆送入低轨道,那么凭借太阳光压的加速,它可以从低轨道升到高轨道,甚至加速到第二、第三宇宙速度,飞离地球,飞离太阳系。如果帆面直径为300米,可把0.5吨质量的航天器在200多天内送到火星;如果直径大到2000米,可使5吨质量的航天器飞出太阳系。
“宇宙一号”靠的就是它的光帆——非常轻而薄的聚酯薄膜,它们坚硬异常,表面上涂满了反射物质,使得它的反光性极佳,当太阳光照射到帆板上后,帆板将反射出光子,而光子也会对光帆产生反作用力,推动飞船前行。因此,光帆的直径越大,获得的推力也越大,速度也将越快,改变帆板与太阳的倾角还可以对速度进行调整。
同火箭和航天飞机迅速消耗完的燃料相比,太阳光是无限的动力之源,所以太阳帆有光就能飞。
科学家的太阳帆计划内容丰富,其中一项是发射在高纬度绕地球飞行的商业卫星和一项飞向水星的计划。承担这种任务的帆要求面积更大,密度更低。专家们认为,利用一个边长100米、密度为每平米10克的帆提供动力,即可到达水星,而且速度比用火箭推进更快。
太阳帆还要向太阳系外侧飞行,主要目标是土星。同样,它到达那里要比火箭推进的探测器所用的时间少得多。
另据专家介绍,如果开发出边长200米、密度为每平米1至5克的帆,许多远距离探测将成为可能。如果帆的密度降到每平方米1.5克,阳光在帆上产生的推力即可与太阳的引力相平衡。当航天器到达太阳极地上方时,即可长久地在此观察太阳的活动,这是迄今为止人类航天器从未到达的地点。如果将多个位于不同高度的航天器拍摄的太阳图像组合起来,就可以获得太阳的立体图形。
太阳帆的另一项任务是作为星际探测器,它将首次飞出太阳系,到达离太阳200个天文单位的地方(一个天文单位为地球到太阳的距离)。但要飞向更远的星际空间,就要穿过一个特殊地带。按照爱因斯坦的理论,每一个质量巨大的物体都可以成为一个引力透镜,使其后面的发光体发出的光线发生弯曲。在距太阳550个天文单位的距离,太阳的引力可使从遥远恒星发出的光汇聚并放大,如果将一个太阳帆动力望远镜放在这一位置,就可以前所未有的清晰地看到遥远的物体,如围绕银河系中心运行的恒星。
太阳帆航天器的最后一项任务是星际旅行。宇航专家们预测,未来的某一天,帆飞船将踏上飞往另一颗恒星的旅程。这将需要边长1000米、密度每平米0.1克的帆。此外,还需要建造一个强力激光器或微波源,为飞船提供辅助能量。飞船将依靠绕地球轨道运行的、比太阳光强6倍的强力激光器和一个置于土星和海王星间的面积为得克萨斯州大小的巨型聚焦透镜提供能量。这样飞船即可在太空以1/10光速的速度飞行,在40年时间内即可到达距我们最近的阿尔法阿尔法半人马座恒星。不过就目前来说,制造这样的激光器和透镜是很困难的。但这并不意味着30年、40年或50年后仍是如此。到达阿尔法半人马座后,飞船将继续飞行,但那时候,为其提供动力的光就已经是来自另一颗恒星了。
太阳的能量是无穷的,人类的探索能力是无极限的。相信凭借太阳的力量,太阳帆能够完成人类为它准备的一个又一个飞行探测任务。