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20年内加速到光速的20%,星际航行全靠它,霍金当年的预言又对了

时间:2019-07-03 07:23 来源:今日头条 作者: 菜叶

从理论上说,诸如光帆2号这样的太阳帆探测器在最初运行阶段速度都很慢,但速度会在全程一直增加,光帆2号的加速可达到0.058毫米每二次秒,预计在一个月后速度可增加数百公里每小时。如果连续航行数年,速度可达到每秒数十公里,比新视野号探测器的速度快至少3倍,那么我们前往冥王星的时间也会压缩到5年以下。

美行星协会主导研发的LightSail 2(光帆2号)太阳帆探测器已在一周前发射升空,根据该探测器的任务时间表,发射一周后探测器将从Prox 1航天器上分离出来,在接下来一周多的时间内完成太阳帆展开等联调联试。

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猎鹰重型火箭的载荷舱

光帆2号则是美行星协会光帆项目的最新成果,第一代光帆1号在2015年发射,任务基本成功,今年发射的光帆2号则是第二代产品。相比较光帆1号探测器,光帆2号在整体尺寸上没有发生太大的改变,太阳帆总面积为32平方米,大于美国宇航局研发的NanoSail-D系列的10平方米帆面,但小于日本JAXA伊卡洛斯探测器的196平方米帆面。

虽然伊卡洛斯探测器的帆面积更大,但不意味着伊卡洛斯的速度就更快,因为其质量达到了315公斤,而光帆2号只有5公斤,因此光帆2号的加速度值可达到伊卡洛斯的10倍左右。

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美国宇航局研发的NanoSail-D系列的10平方米帆面

光帆2号的尺寸也不大,折叠起来后为一个长方体,宽度、长度为11厘米,高度为34厘米,可以想象为一块大面包。帆面由4个三角形帆构成,由钴合金吊杆连接,展开方式如同卷尺,全部展开之后形成一个长为4米,宽为5.5米的帆面。搭载光帆2号的Prox 1航天器就像一个大的行李箱,尺寸为61厘米×56厘米×30厘米。为了实现让太阳光子推动光帆2号前进,帆面需要又薄又轻,这样才能最大限度降低质量。

光帆2号上的帆面厚度仅为4.5微米,小于人的头发直径,使用聚酯树脂制造。利用聚酯树脂材料制造的帆面可以最大限度获得光子动量,从而实现光帆2号的加速,同时聚酯树脂材料的价格也不贵,可以让航天器在不携带燃料的情况下航行更远的距离。

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帆面由4个三角形帆构成,由钴合金吊杆连接,展开方式如同卷尺

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光帆2号上的帆面厚度仅为4.5微米,小于人的头发直径,使用聚酯树脂制造

从理论上说,诸如光帆2号这样的太阳帆探测器在最初运行阶段速度都很慢,但速度会在全程一直增加,光帆2号的加速可达到0.058毫米每二次秒,预计在一个月后速度可增加数百公里每小时。如果连续航行数年,速度可达到每秒数十公里,比新视野号探测器的速度快至少3倍,那么我们前往冥王星的时间也会压缩到5年以下。

我们不妨跃迁一下思路,如果光帆2号使用激光加速,利用地面上的激光器对准光帆2号,用激光精确照射代替太阳光子,那么光帆2号的速度会更加惊人。这就是突破摄星计划的技术原理,理论上我们可以将邮票大小的航天器加速到光速的20%,那么前往4光年外的比邻星只要数十年的时间。

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光帆2号的加速可达到0.058毫米每二次秒,预计在一个月后速度可增加数百公里每小时

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日本的伊卡洛斯探测器

综上,光帆2号开启了一个新的行星际航行模式,以日本的伊卡洛斯探测器为例,已经能够利用太阳帆从地球前往金星。如果一切顺利,我们在本世纪末有望看到第一批前往比邻星的太阳帆探测器。

标签:霍金预言星际航行