太阳帆-新的机会

据美国宇航局太空网报道，长期以来人们一直希望能像早期的帆船利用风能一样，通过太阳帆利用阳光进行太空探索。现在美国行星协会希望重新修改美国宇航局的一个太阳帆设计，第三次尝试把首个太阳帆放飞到太空中。

　　太阳帆并非试验得太少，但是由于受到最初推进方法的影响，以前利用太阳帆把交通工具送上太空的尝试从没取得成功。总部设在加利福尼亚州的行星协会曾尝试在2005年把“宇宙1”号太阳帆发射升空，但是由于俄罗斯的火箭出现故障，这次尝试并没成功。2008年美国宇航局利用美国太空探索技术(SpaceX))公司制造的“猎鹰1”号火箭第三次尝试把NanoSail-D太阳帆发射升空，但是由于火箭发射失败，这次尝试也不了了之。

　　2004年日本试图利用一枚探空火箭发射太阳帆，但是最终该国并没进行受控飞行。行星协会的这次最新尝试既要参考早期飞船项目采用的技术，又要从早期项目的教训中学习经验。加利福尼亚州帕萨迪纳行星协会常务董事路易斯·弗里德曼(Louis Friedman)说：“我们根据‘宇宙1’号设计了更多传统飞船，但是现在那些技术已经得到了发展。事实上你能获得一个更高性能的太阳帆，该帆拥有的飞船的质量更低。”

　　NanoSail-D可能为以后体型更小的飞船设计提供参考基准。美国宇航局本打算利用这个太阳帆探测太阳风压和地球大气阻力，但是由于它在受控太阳帆飞行过程中缺乏实际操作能力，因此这项计划最终以失败而告终。与之对比，“宇宙1”号拥有一个无线电系统、成像系统和一个可以控制飞船的微加速度计(Micro-Accelerometer)。

　　美国宇航局拥有NanoSail-D的备份部件，这些东西都储存在地球上，行星协会的工作小组会在夏末作出决定，制定出重新修改这个设计，以便实现远大目标的最好办法。以后的所有设计可能都比造价大约是400万美元的“宇宙1”号花费少得多。弗里德曼说：“对我们来说，如果能把费用降低一半，将是一件天大的幸事。”然而他表示，减少费用的同时要保证性能不能下降，而且新设计的太阳帆的加速度至少会跟“宇宙1”号一样好，甚至会比它更快一些。

　　未来太阳帆达到跟“宇宙1”号一样的速度，或者比它的速度更快是可能的，因为加速度跟面积除以质量得出的结果成比例，质量更小的飞船可以用来发射体积更小的太阳帆。行星协会的另一个迷你型太阳帆建议是由莫斯科太空研究所的俄罗斯宇航员提出的，他们也参加了“宇宙1”号项目。更小的太阳帆也为从俄罗斯“联盟”号的发射，到美国和其他地方的私人太空发射公司的一系列发射开辟了新的可能性。

　　太阳帆可以像“正方体微型卫星”(CubeSat)任务一样，作为二次有效载荷(secondary payload)被发射升空，科学家通过这种任务，可以把很多科研仪器送入太空。行星协会官员表示，比较理想的做法是，与太阳帆一起发射另一艘飞船，让它看着太阳帆展开。除此以外，研究人员还能通过这种任务获得一些非常有价值的数据，例如这种像蛛网一样的轻薄结构在微重力环境下会有什么反应。

　　确定太阳帆如何在太空运行，最终将导致在太空操作飞船就像在地球上驾驶船只一样令人安心，届时科学家甚至敢让它们迎着即将到来的太阳风航行。芬兰正在研发的太阳帆或许是这项最新设计的一大竞争对手。芬兰的太阳帆采用了跟电荷排斥(electrical charge repulsion)稍微有所不同的概念。电荷排斥利用带电太阳粒子。行星协会官员表示，他们打算在今年夏季对美国宇航局的NanoSail-D太阳帆备用件和俄罗斯的迷你型太阳帆概念进行的分析结束后，宣布这项可行性研究的结果。物理学家计算得出，一个直径1公里、质量360公斤（包括150公斤负荷）的太空帆，当被释放到距离太阳0.1个天文单位（AU，太阳到地球的平均距离，约1.5亿公里），辐射压（与太阳距离的平方成反比）能使它的峰值加速度达到大约0.6g，只要一直受到太阳光的照射，太阳帆便能快速的飞往外空间。在这一加速度下，太阳帆只要2.5年便能抵达日球层顶——太阳系与星际空间的交界，大约200个天文单位。在30年内，它能飞行2500个天文单位，足以去探索奥尔特云（Oort cloud）。
    但纽约城市大学的研究团队发现了一个问题，航行所需的导航计算不能只考虑牛顿普通物理学，由于太空帆是如此接近太阳，它将受到广义相对论的影响。如果不考虑相对论，错误将会在漫长的路程中逐渐放大。当它达到奥尔特云时，误差将会最高达到1百万公里，即使是最微小的相对论力拖曳作用，也会产生1千公里的误差。当然如果科学家能在2040年部署太空帆，先进的导航仪应该会把相对论作用考虑进去。

Lightsail-1太阳帆将于2010年发射







Setting sail for space, a "solar sail" project announced Monday aims to observe storms on the sun.  

The Planetary Society, a space exploration advocacy group founded by Carl Sagan, outlined its plans for the 2010 launch of its first solar sail.  Lightsail-1 will use the pressure of the solar wind to navigate in space.

"Sailing on light is a pathway to the stars, but on that path are also some very important scientific and engineering applications that help us understand and protect our own planet and explore other worlds,"  president Jim Bell says in a statement.

In 2005, a prototype Planetary Society solar sail crashed due to the failure of a Russian launch rocket.

The society plans to put the first solar sail into orbit almost 500 miles above Earth to test controlling its four triangular sails, which will be attached to lightweight "nanosat" spacecraft. Two follow-on missions will travel to sun-circling orbits and monitor space for solar storms.

太阳帆将再入太空 神秘资助者不愿公开身份



　　美国行星学会9日宣布，世界首艘依靠太阳能驱动的航天器太阳帆飞船“宇宙一号”2005年发射失败后，研究人员已开发出体积更小、速度更快的改良版太阳帆飞船，有望最早在明年年底再次尝试太空之旅。

　　理想航天器

　　美国行星学会研究人员介绍，这种改良版太阳帆飞船名为“光帆”，可在距地表800公里高空处轨道上飞行。

　　这种飞船大小和一长条面包类似，重约5公斤。飞船由3颗微型卫星组成，其中一个用于储存电子，另外两个用于携带折叠太阳帆。太阳帆由一种聚酯薄膜制成，展开后边长5米，厚度仅为普通垃圾袋的四分之一左右。

　　研究人员眼下尚未确定飞船发射具体日期。他们正在考虑使用美国或俄罗斯火箭发射，计划最早于2010年年底前完成第一次发射。

　　太阳帆飞船爱好者十分看好这种航天器的前景。他们认为，太阳帆飞船理论上不需燃料发动机，是星际远航的最可行办法和最理想航天器。

　　一些专家则说，即使暂时无法实施星际远航，太阳帆短期内应用前景也不错。它可用于建立太阳永久气候观测站，监测磁暴活动。

　　神秘资助者

　　美国行星学会主席路易斯·弗里德曼说，研究人员共计划3次太阳帆飞船航行。继“光帆1号”后，他们还将发射“光帆2号”和“光帆3号”，让它们在距离地球更远的轨道飞行更长时间。不过，这些项目资金筹措成为难题。

　　弗里德曼说，他和一些有意资助者谈话后，一名“非常谦虚可爱的”男子走上前去，向他询问整个项目所需资金并留下学会银行账号。

　　这名男子最终决定资助前两次发射。如果一切进行顺利，他还将投资第三次发射。几天后，这笔钱如期到账。

　　不过，这名神秘资助者不愿公开身份。行星学会也没有公布项目所需资金总额。

　　2005年太阳帆飞船“宇宙一号”项目共耗资400万美元。负责运载飞船的俄罗斯火箭起飞后突然停止飞行，致使飞船未能与运载火箭分离，导致发射失败。

　　太空“泰姬陵”

　　美国行星学会宣布重启太阳帆计划当天，正值学会已故创始人、前宇航员兼科幻小说作家卡尔·萨根诞辰75周年纪念日。

　　萨根在一本科幻小说中最早提出太阳帆航天器构想，即借助面积很大、类似风帆的镜面装置，利用宇宙中恒星发出的光子提供动力，驱动航天器在太空中飞行。这种光子力虽然看似微弱，却能持续不断地作用，逐渐将飞船在没有明显空气阻力的太空中推进到极高速度。

　　萨根的遗孀安·德鲁扬说，太阳帆对萨根来说恰如“泰姬陵”。发射太阳帆飞船正是为亡夫圆梦。

　　虽然经历过失败，但行星学会对改良版太阳帆发射成功自信满满。学会主席弗里德曼说，即使太阳帆只在一小段轨道上受控制，但只要有现象显示它是以太阳能为动力，即证明发射成功。

近日，日本宇宙航空研究开发机构在官网上宣布，太阳帆飞船“伊卡洛斯”将于今年5月18号，与金星探测器“拂晓”号一同在种子岛发射基地发射升空。12号，太阳帆飞船“伊卡洛斯”原型首次对外展出。当天向媒体展示的两个航天器，右侧的是金星探测器“拂晓”号，左侧的就是神秘的太阳帆飞船“伊卡洛斯”了。可别小瞧了这个仅高1米、直径长1.6米的筒型小飞船，它的试验成功将开创人类航天史的又一先例。在发射进入太空,数周后，原本卷在飞船上的超薄膜太阳帆将通过飞船旋转所产生的离心力慢慢展开，并形成边长14米、厚度仅0.0075毫米的正方形巨型帆面，最终依靠太阳光子的推动力驱使飞船前进。尽管单个光子所产生的推力微乎其微，但在外太空 的真空状态下，无数个光子撞击在巨大帆面上所产生的动力将是巨大的。据推测，携带大型太阳帆的航天器最终可以以每小时24万公里的速度前进，这个速度要比当今以火箭推进的最快航天器还快4到6倍。今年五月的太空之旅，“伊卡洛斯”肩负两项使命，首先将试验太阳帆能否实现太阳能发电，然后将用半年时间测试能否以太阳光子为动力进行加速及变轨，为今后的应用积累数据。而它的最终目的地，和“拂晓”号探测器一样，是金星。人类关于太阳帆飞船的构想诞生至今已近百年了。美国行星协会曾于2005年发射了一艘太阳帆试验飞船，但最终失败。日本宇宙航空研究开发机构希望，“伊卡洛斯”能最终试验成功，加快人类探索宇宙的步伐。

超出太阳范围就难了。