多年之前,美国国家航空航天局(NASA)就不断组织美国各地的科学家们进行研究和实验,试图寻找出一种更加节能环保的宇航动力,来取代依靠风力飞行的方式。利用太阳的光子能量作为外太空飞行器的主要动力来源,成为这些科学家们孜孜以求的理想。目前为止,这种情节只在科幻小说中出现过。然而,就在今年7月底,NASA突然在自己的官方网页上声称,在8月至9月间,太空X猎鹰1号(Space X Falcon 1)火箭将搭载一颗以太阳光子作为推动力、配备新型太阳帆的人造卫星冲上外太空。
这颗有着能攫取光子能量新工具——太阳帆的人造卫星,名为纳米飞行-D(Nano Sail-D)。美国1973年6月10日发射的“射电天文探测器B号”(Radio Astron-B),光是两根天线就长达450米,形状和大蜘蛛十分相似,是世界上体积最大的人造卫星之一。和这些体积庞大的人造卫星相比,这颗纳米飞行-D卫星的身材在卫星家族中堪称“迷你”。卫星主要结构的长度不超过30厘米,整个卫星的重量不超过5公斤。而它的核心武器——太阳帆,由铝外层和内部的聚合材料组成,总厚度几乎等于普通的纸张。但是,当它在宇宙中完全打开自己的四个小型太阳帆板时,它的着光面将达到近10平方米。太阳的光线中充满了由光子组成的能量团,由于力的作用是相互的,太阳帆的表面覆盖的铝金属将光子“推”回去的同时,光子也会对太阳帆产生反作用力。就是靠这种反作用力,飞船便被“推”着前进。而阳光是一种取之不尽的能源,从这一点上来说,在远距离的太空旅行中使用太阳帆飞行器,比使用传统的火箭推进器更胜一筹。
由于外太空几乎没有摩擦力存在,太阳帆一旦开始运行,就会成为“永动机”,其飞行速度要比依靠燃料运行的火箭来得更快。人类探索宇宙的愿望依靠火箭推进器得以实现,而现在,太阳帆的发明也许能为人类提供另一种宇航方式的选择。在NASA的先进概念研究所(NASA Institute for Advanced Concepts)专攻太阳帆项目的专家组成员表示,从理论上来说,太阳帆的最高速度可以达到光速的2%——每秒6000公里,而一旦试验成功,这就意味着,用太阳光子作动能的星际航行将成为现实。届时,宇宙飞船上功率巨大的激光器,将太阳帆的功率扩大数千倍以上。而太阳帆飞船不需要燃料,也没有发动机,所以可以携带更多的科学仪器和货物。美国的旅行者号探测器(Voyager)完成它的太空旅行花了三十年的时间,而同样的行程,太阳帆飞行器可能只需要大约十年的时间。而由于太阳帆的启动较慢,和火箭相比,在长期外太空飞行中才能显示出优势。不过,科学家表示,太阳帆技术仍然有巨大的改进空间,比如将太阳帆设计成“向日葵”,能够自动探知太阳的朝向,或者让它的速度再增加哪怕是一点,结果都会是令人振奋的。
虽然发射是否能成功还是一个未知数,而NASA所安排的发射时间也一再往后拖延,但是NASA仍然对纳米飞行-D寄予厚望。NASA的专家称,太阳帆是人类最伟大的发明之一,将太阳帆人造卫星送入太空轨道,太阳帆成功展开,对人类的太空探索具有里程碑式的意义。同时,NASA的专家称这次飞行仅仅是一次技术测试,一旦实际情况都表明太阳帆飞行器的确可以在宇宙中航行,那么不久的将来,他们将进行更加深入的研究。
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