中日競相展開光帆飛船測試,伊卡洛斯搶得先機,天帆一號後發制人

說到星際旅行,肯定又有人提起超光速飛行、曲率引擎、反重力飛行器,可是以地球目前的科技水平,連可控核聚變火箭發動機都做不出來,整這些概念未免太玄幻了。不過,也不用灰心,我們還真有一種靠譜的星際旅行方式,那就是太陽帆,即利用太陽的輻射壓作為太空飛船前進的動力,就像幾百年前哥倫布乘坐風帆戰艦發現新大陸一樣,去探測整個太陽系。

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太陽帆是目前人類最靠譜的星際旅行方式

而世界上第一個成功在行星際空間執行的太陽帆,也是目前唯一一個以太陽帆進行星際航行的航天器,竟然是日本在2010年5月20日發射的“伊卡洛斯”號。當時,它與“拂曉”號金星探測器和其他四顆小衛星一起,乘坐H-2A運載火箭從種子島升空,向金星方向飛去。“伊卡洛斯”號的設計壽命只有半年,但至今仍在工作當中,已執行近11年半。

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“伊卡洛斯”號實景圖

該太陽帆由日本宇宙航空研究開發機構開發,屬於一種技術驗證太空飛行器,其主要目的有四個:一是使用和控制大面積的薄膜式太陽帆;二是量測太陽帆上輻射壓產生的加速度;三是以可變反射率的液晶板控制航行姿勢,即航向控制;第四則是嵌入太陽帆的薄膜式太陽電池是否可啟動酬載儀器。與此同時,也能探測行星際空間的伽瑪射線暴、太陽風和宇宙塵等。

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“伊卡洛斯”號模型

“伊卡洛斯”號的質量雖然只有315千克,但展開太陽帆之後,對角線的長度有20米,面積接近40個平方,下一步日本還準備發射一個50米直徑尺度的太陽帆。而對於“伊卡洛斯”號的具體測試結果,比如在不同軌道上的輻射壓產生的加速度到底是多少,日本一直對其高度保密。

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“伊卡洛斯”號想象圖

不過,“伊卡洛斯”號雖然是唯一的在行星際空間執行的太陽帆,但並非唯一的太陽帆,2019年8月31日,我國利用“快舟一號”運載火箭成功發射了“天帆一號”太陽帆技術驗證飛行器,並在同年12月進行了驗證測試。和“伊卡洛斯”號不同的是,咱們的“天帆一號”更偏重於實際工程應用,第一次試驗就搭載長沙天儀研究院瀟湘一號07衛星,在軌成功驗證了多項太陽帆關鍵技術,比如機構壽命、材料特性和軌道高度等,並且驗證其離軌能力並探究其在空間碎片減緩中的潛在應用。

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天帆一號展開過程

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天帆一號是與瀟湘一號07衛星結合在一起的

另外,在2015年,行星協會發射的“光帆一號”和2019年發射的“光帆二號”也是這方面的佼佼者。特別是“光帆二號”,太陽帆展開之後面積達32平方米,與“伊卡洛斯”號基本處於同一量級。它於2019年6月25日搭乘SpaceX的“獵鷹”重型火箭升空之後,進入地球軌道,並在一個多月後的7月31日,首次利用太陽的輻射壓,成功進行了變軌。

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光帆一號

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光帆二號

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在太空中展開後的光帆二號

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光帆二號和地球合影

不過,太陽帆也有它的侷限性,它和太陽能發電板一樣,不能離開太陽光的照射,這意味著它不可能突破太陽系,進入更遠的深空。另外,從太陽輻射壓中獲得的推力非常小,航天器需要非常大的帆,並且加速過程極其緩慢,但一旦開始工作,其獲得的加速度會源源不斷,最終積累下來也非常可觀。

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光帆飛船真的靠譜嗎?