薩馬拉科學家製作可飛往太陽系各星球的航天帆模型

2020-12-14 科普前沿

薩馬拉大學的科學家製作了能夠不用燃料機動的甜甜圈狀航天帆的模型。他們所開展的研究首次證明了利用太陽帆(Solar sails)進行遠程飛行的現實可能性。

科學家:火衛一上的基地將成為重要火星研究中心 照片 : ESA/GCP/UPV/EHU BILBAO

宇宙航行(不用燃料發動機在宇宙空間內移動)是航天學相對欠發達的領域。此類飛行採用太陽帆。太陽帆是一種用來使太空飛行器在太陽光的壓力下移動的裝置。太陽光光子受到太陽帆鏡面的反射,像風一樣推動航天船向前移動。

薩馬拉大學飛行動態和控制系統系教授奧莉加·斯塔裡諾娃向俄羅斯衛星通訊社和廣播電臺介紹說,主要複雜之處在於光壓非常小,為了獲得明顯的作用,需要巨大的太陽帆面積。在此情況下,航天船的質量應該儘量小,但展開必要尺寸的太陽帆非常難。

「航天帆不能達到快速機動。比如,把格洛納斯衛星推入工作軌道將持續兩年多的時間,而且,這還是在能夠把這種太陽帆展開的情況下」,——斯塔裡諾娃解釋說。

薩馬拉大學為解決這個問題而專門研發了狀似「甜甜圈」的裝置。之所以需要這種形狀,是因為太陽帆本身可以靠給外部充氣而展開。

「在打開後,氣瓶分離出來,太陽帆自行移動。項目與同類產品的區別在於,它除了光壓外,還利用來自特殊物質的額外助推脈衝,這種特殊物質被塗抹在太陽帆的部分鏡面上」,——斯塔裡諾娃解釋說。

裝置起初被推進前往太陽的飛行軌道,爾後太陽帆展開,裝置朝著太陽的方向移動4個月左右。在裝置移動靠近太陽時,太陽帆鏡面的溫度升高;當溫度達到預定值時,塗抹在太陽帆上的物質就會蒸發,推動裝置離開太陽,向著指定地點運動。

中國科學家推想最神秘天體起源 NASA . EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORY/M. KORNMESSER

「這種加速有助於以非常高的速度飛到遙遠區域,在10到15年內飛抵,而不是像其它太空飛行器那樣在40到50年內飛抵。」

斯塔裡諾娃說,航天機械製造系已經在計算太陽帆飛往太陽系所有星球的飛行方案。不大的太陽帆可以長時間處在繞木星、土星或火星的軌道中,把科學數據傳回地球。目前正在計算前往太陽的飛行軌道。

裝置亦可用於訪問太陽系的遙遠區域。

薩馬拉大學在航天帆技術領域是公認的世界名校之一,目前該校專家積極參與該領域在國內外的多數項目。

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