仅需秒就能到达月球利用太阳光做动力光帆飞船有多厉害?
天文望远镜现在可以看到135亿光年外的星系,这个记录可能很快就会被刷新。
此外,我们在宇宙中发现了许多奇怪的天体,它们具有人类难以理解的特征,而且有些天体与地球非常相似,生态环境非常宜居。如果未来地球不再适合人类生存,我们似乎也不用担心何去何从。
然而,上述所有探测活动都只能通过望远镜观看。如果改用能进行实地调查的探测器,我们甚至无法走出太阳系。比如目前最远的探测器是旅行者1号,距离地球235亿公里。但是太阳系的直径大约是2光年。按照这个速度,旅行者1号要到17571年才能飞出太阳系。
如果不能在探测器速度上有大的突破,人类将很难进行宇宙的deep 空探索,未来的星际航行更是不可能。即使我们有数万年的时间等待探测器到达目的地,探测器也会在中途耗尽能量,然后与地球失去联系。
人类不可能永远生活在太阳系,走向更广阔的宇宙是未来的大势所趋。因此,提高探测器的速度势在必行,只有这样才能最大程度地节省时间和精力。随着科技的发展,科学家逐渐意识到Tai 空中有源源不断的能量。
早在400多年前,天文学家开普勒就已经设想了光能的利用。他发现当一颗彗星绕着太阳转的时候,它的尾巴总是背对着太阳。开普勒推测,太阳可能释放了某种能量,因此彗星可以不断获得能量。
如果人类也能使用这种力量,星际旅行岂不是容易得多?
虽然我们现在知道彗星的飞行与太阳的神秘力量无关,但科学家确实发现太阳确实有一种能量,这种能量可能有助于我们在太空中航行空。
这种来自太阳的能量叫做光压。欧拉在1784年就提出了这个想法,但直到1901年才由俄罗斯物理学家列别捷夫首次测出太阳会发光。这些光实际上是由光子组成的。虽然它们的质量很小,但是当它们撞击到物体时,仍然会产生一股驱动力,对物体表面产生轻压力。
当我们晒着太阳的时候,我们也在不断地承受着光的压力。但是人体面积比较小,一个成年人承受的光压只有1毫克左右。考虑到空的空气阻力等因素,这个光压完全可以忽略不计,但如果有足够大的面积来承受光压,放在未扰动的true 空下,此时推力可能会大大增加。
基于上述原则,美国推出了"2016年。冲破群星"该项目由著名物理学家霍金和其他几位科学家发起,得到了美国宇航局的支持和赞助。
研究小组设想了一种质量只有10克的航天器,大约只有指甲盖大小。许多微小但高效的仪器,如高分辨率相机和自动导航和通信设施,可以集成在航天器内部。飞船最大的亮点在于外部的光帆,由特殊材料制成,厚度只有几百个原子。
航天器通过帆携带轻压力获得能量。当帆完全展开时,它看起来像一面帆。只要被光照射,就能获得能量,不断加速。理论上可以在几分钟内加速到每秒几万公里,最后稳定在20%光速。
按照这个速度,只需要20年就能到达比邻星。
但项目前期所需资金达到50多亿美元,而当时只筹集了1亿美元。此外,该技术在实践中仍处于初级阶段,最终该项目随着霍金的去世而中止。
这样的航天器在实践中会有很多困难,比如如何避开障碍物?
光在传播过程中的能量损失也是巨大的。怎样才能减少损失?
以及飞船在深空无光盲区时如何与地球联系等。,其中任何一个都是目前难以解决的。
最近,美国宇航局重启了该项目,他们计划开发一种衍射太阳帆。衍射太阳帆中会嵌入更小的光栅结构,改变光线的入射角,从而改变光压的最终功率方向,以解决行进过程中的避障问题。目前,这项研究已经投入了200万美元。
除了美国,中国和日本等国家也在同时开展相关研究。2010年,日本耗资3500万英镑发射了伊卡洛斯号。它的帆展开后,直径14米,厚度只有7.5微米,相当于头发的十分之一。
总的来说,所有关于太阳帆的研究还处于起步阶段,未来还有很多困难需要解决。但是只要你脚踏实地,你就会离你的目标越来越近。
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