每秒60000公里!幾十年就能到比鄰星,太陽帆技術或將再次提升

1977年,美國宇航局發射了旅行者一號探測器。經過45年的飛行,它已經成為了距離地球最遠的人造物體,目前距離地球達233億公里。

然而,即便是這個里程碑式的航天器,距離飛出太陽系仍然極其遙遠。甚至如果它想飛到比鄰星那麼遠的位置,需要至少70000年的時間。人類航天器的飛行速度實在太慢,大大限制了我們探索宇宙的能力,難道我們就沒有辦法實現更快的航行嗎?

答案當然是否定的,人類還是有希望在我們有生之年內實現對比鄰星的近距離探測的。甚至著名物理學家霍金在生前,都非常看好并支持了一個項目,那就是突破攝星計劃。這個計劃中預計使用的航行技術,就可以讓我們快速抵達比鄰星,這個技術就是太陽帆。

實際上,早在差不多400年前,天文學家開普勒就預言了這種航行方式。他發現,彗星的彗尾始終是背向太陽的,他推測一定是有某種力從太陽出發,將彗星的物質推向了另一端。如果我們能夠利用這個力進行宇宙航行,就可以獲得源源不斷的動力。

到了現代,科學家們證實了開普勒的想法,他們指出:這種來自太陽的動力,叫做光壓。光壓無處不在,但是壓強比較小。一個成年人在曬太陽的時候,承受到的光壓僅有1毫克左右。而且,這麼小的壓力,和空氣阻力以及摩擦力相比,完全可以忽略不計,所以我們平時根本感受不到光壓。

但是,如果有足夠大的面積來承受光壓,并且放置在高度真空的太空中,那麼得到的推力就足夠大了。

在太空中,小行星和那些可能形成流星雨的塵埃就會受到光壓的影響,在漫長的歲月里出現運行軌道的變化,這對于天文學家們預測它們的軌跡來說也是一個難題。不過,如果我們能夠合理地利用光壓,那就可以使其對人類有用了。

這就是太陽帆的原理,如果我們建造一個巨大的太陽帆,就像帆船的帆可以乘風而行一樣,太陽帆也可以在光壓的推動下持續加速,飛向太陽系邊緣。科學家設想中的太陽帆,甚至可以加速到光速的20%,也就是每秒鐘60000公里!按照這個速度,只需要幾十年的時間,太陽帆就能抵達比鄰星了!

不過,這確實需要非常大的面積才可以。科學家計算表明,即便是一張面積800m*800m的太陽帆,得到的光壓也只有5N。可見,想要達到相對論速度,確實非常困難。

這個問題還可以拋到一邊,因為科學家們明確地知道問題所在,也就可以針對性地提出解決方案,比如放大太陽帆的面積,或者從地球表面發射激光增強光壓。

太陽帆面臨的一個問題是,它的動力來自于太陽,這意味著它飛到哪里,基本上是不受人類控制的。

這就很尷尬了,如果太陽帆既不能躲避路上的障礙,又不能設定飛行路線的話,那又要如何實現人類的探索呢?

最近,美國宇航局正在著手解決這個問題,他們希望能夠利用光的衍射原理,改變光的方向,從而改變太陽帆的航向。美國宇航局已經給提出這種設想的工程師們提供了200萬美元的資金,鼓勵他們在此基礎上進一步研究,實現利用衍射原理改變太陽帆的技術。

衍射,是波的一種特性,指的是波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現象,光作為電磁波的一種,也具有衍射的特點。科學家認為,只要我們能夠利用衍射的原理改變太陽光照射到太陽帆表面的角度,就可以改變太陽帆的方向,目前美國宇航局正在進行這方面的研究。

美國宇航局局長比爾·尼爾森指出:「隨著我們進入的宇宙比以往更深,我們需要一種創新的高精尖技術來驅動我們的任務。」

為此,美國宇航局很早就提出了創新先進概念計劃,其目的就是鼓勵各種大膽的科學嘗試,尋求突破性或者創新性的技術,改變未來的航天技術格局,這個衍射太陽帆就是其中之一。

據介紹,衍射太陽帆技術已經獲得了兩個階段的資金獎勵了,研究人員在前兩個階段提出了衍射太陽帆的設想及其可行性。他們這一次獲得的資金是其第三階段的一部分成果,研究人員有望在這個階段取得進一步的突破,通過在太陽帆中嵌入小的光柵來進行衍射,從而改變光的方向,實現對太陽帆的方向控制。

除了衍射之外,還有科學家提出通過光的反射原理實現對太陽帆方向的控制。不過,羅切斯特理工學院的Grover Swartzlander教授認為,反射太陽帆會犧牲一部分來自太陽的能量,導致加速效率下降,還可能出現局部過熱的情況。在他們看來,衍射太陽帆是目前最佳解決手段。

科學家指出,這種衍射式太陽帆在陽光最強烈的位置獲得的效果是最好的。因此,根據研究人員的設想,第一個使用衍射技術的太陽帆將會被送到太陽兩極的方向。當然了,我們也可以利用地表的激光陣列給衍射式太陽帆進行加速,使其飛離地球。

目前,世界上很多國家都在進行太陽帆的研究,除了美國之外還有我國、日本等國家。太陽帆需要解決的問題不只有這一個,還有材料、折疊技術等等許多方面。如果我們能夠解決這些問題,人類的航天器就可以前往比鄰星,看看「三體星」到底是什麼樣的了。

搶先看最新趣聞請贊下面專頁

用戶評論