太陽帆技術將助力人類的深空探索

在廣闊的太空中，太陽帆可以像帆船利用風能那樣利用太陽能。而一項新研究表明，這種技術有望成為探測太陽系中兩顆冰凍衛(wèi)星（木衛(wèi)二和土衛(wèi)二）生命蹤跡的解決方案，且成本完全可控。

能夠幫助人類探索太空的太陽帆技術（圖片來自網(wǎng)絡）

瑪納斯維?林加姆是佛羅里達理工學院的天體生物學家，他為本文的采訪者做了這方面技術的介紹：

傳統(tǒng)的火箭需要攜帶大量燃料產(chǎn)生推力，而太陽帆只需要利用陽光產(chǎn)生的推力在太空中巡航。這是因為當光子轟擊到太陽帆表面時，會賦予其動力。因此，陽光的作用就像風一樣。

光子產(chǎn)生的推力雖然微弱，但卻是持續(xù)不斷的，這意味著它們可以將太陽帆探測器加速到傳統(tǒng)火箭無法達到的速度。而傳統(tǒng)火箭由于需要攜帶推進劑，其速度反而受到限制，并且會導致飛行器尺寸的增加。太陽帆依賴陽光來獲得動力，因此它們無需攜帶燃料。

當前各種傳統(tǒng)火箭由于需要攜帶大量燃料，這導致其最大速度受限（圖片來自網(wǎng)絡）

由于太陽帆依賴于陽光，因此它們的使用場景也會局限在太陽系內(nèi)部那些陽光充足的地方。但是至少在理論上，如果在地球上或者拉格朗日點（在這個位置的設備可以保持位置的相對穩(wěn)定）部署一系列微型激光器，則可以為太陽帆提供額外的動能，將其推離太陽系。

激光推動的太陽帆示意圖（圖片來自網(wǎng)絡）

按照林加姆團隊的研究，估計一個100千克的太陽帆可以在1-3年內(nèi)到達“木衛(wèi)二”，或者在3-6年的時間內(nèi)到達“土衛(wèi)二”。

國家航空與航天局發(fā)射的朱諾號木星探測器在9月29日靠近木星二時，對這顆衛(wèi)星的拍攝照片。拍攝時，探測器距離木衛(wèi)二表面約1500公里。

為什么科學家特別關注兩顆衛(wèi)星？因為它們都被認為在冰覆蓋的外表下，存在一個鹽質的海洋。這使得它們成為太陽系內(nèi)搜索生命的誘人目標。其中，土衛(wèi)二的南極地區(qū)間歇性噴水現(xiàn)象已經(jīng)為人所知，木衛(wèi)二上面也發(fā)現(xiàn)了存在蒸汽水柱的跡象。

科學家們確認木衛(wèi)二存在水柱蒸汽（示意圖，來自網(wǎng)絡）

如果能夠對這種柱狀蒸汽進行取樣，也許會發(fā)現(xiàn)其中包含構成生命的氨基酸等分子，這可以讓科學家們了解到這兩顆衛(wèi)星的海洋成分構成。這樣，探測器就無需降落在冰面上進行鉆洞取樣。

但還存在一個問題：當飛過這些蒸汽柱時，探測器的相對速度可能會導致微粒高速碰撞檢測儀器，意味著分子的結構會被破壞，導致生命信號判斷的失敗。根據(jù)林加姆和他的團隊2月28日在宇航學報上面發(fā)表的論文，為了避免這個問題，太陽帆必須將速度降低到最低，以每秒6公里的相對速度飛過。

光帆2所用的太陽帆（圖片來自網(wǎng)絡）

這種特殊的太空技術并非第一次出現(xiàn)。比如2019年被發(fā)射到地球軌道的眾籌項目“光帆2”。這是一個鞋盒大小的太空飛船，由非盈利組織“行星協(xié)會”控制。到2022年11月的三年時間中，光帆2已經(jīng)繞行18000圈，走了800萬公里，其比最初設計的壽命長了3倍，向人們展現(xiàn)了太陽帆技術的可行性。

于2010年發(fā)射的伊卡洛斯太陽帆利用陽光進行深空旅行的圖片（來自宇航探索局）

此外，太陽帆也在遠離地球的地方得到過應用：遠在2010年，的伊卡洛斯探測器就為人們展現(xiàn)了深空之中太陽帆技術的應用。

部分科學家甚至認為太陽帆技術可以幫助人類完成星際旅行任務。比如2016年公布的耗資100萬美元的“突破攝星計劃”，這個計劃準備建立大量微型晶片大小的輕量級飛船，并將它們發(fā)射到半人馬座的阿爾法星（一顆距離地球最近的恒星系統(tǒng)）。其由激光束推動，最終將會加速至20%光速，因此這些光帆僅需要20年即可到達阿爾法星，在我們有生之年內(nèi)即可實現(xiàn)。

林加姆表示：我們使用傳統(tǒng)的火箭技術探索太陽系已經(jīng)有65年之久，使用化學推進劑的方式終將達到一個瓶頸。而太陽帆技術將開啟太空探索的新時代，尤其適合探索那些“最有希望成為生命棲息地”的地方。

BY:Sharmila Kuthunur

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