新航天器只需十年可抵達太陽系邊緣

據國外媒體報道，NASA的工程師們近日公布了一項激進的推進系統的新細節。該系統或將大大縮短星際旅行的飛行時間。該系統將與太陽釋放的粒子發生反應，通過與光子相斥，為飛船提供飛行動力，並讓飛船以前所未有的高速運行。研究人員表示，利用該系統，航天器只需十年時間便能抵達太陽風頂層，而「旅行者」探測器足足用了35時間才走完了這段路程。他們希望能在2020年之前對該系統展開測試。

NASA研發新推進系統，航天器或只需十年便可抵達太陽系邊緣

他們提出的概念名叫「太陽風頂層靜電快速傳輸系統（Heliopause Electrostatic Rapid Transit System，簡稱Herts）太陽能電子帆項目」。太陽能電子帆不需要內置推進劑，而是由太陽風進行推動，最終到達太陽風頂層，也就是太陽系的邊緣。

一艘緩緩旋轉的航天器將採用10至20根帶電的鋁線，打造出一張巨大的「太陽能電子帆」。每根鋁線的直徑只有1毫米，但長度足足有12.5英里（約合20公里），差不多相當於219個足球場的長度。圖為韋格曼博士正在展示一根這樣的鋁線。

在等離子體反應室中，高強度太陽環境測試系統將檢測一根帶電鋁線將與多少光子和電子相撞。工程師們還會開展等離子體測試，並改進數據模型。

「我們能在10年、或12年之內就完成旅行者號此前執行的任務。」NASA馬歇爾先進概念辦公室的工程師、太陽能電子帆（E-Sail）項目的首席調查員布魯斯·韋格曼（Bruce Wiegmann）說道。「我們只用五六年時間就能抵達冥王星，只用兩年就能抵達木星。」

他們提出的概念名叫「太陽風頂層靜電快速傳輸系統（Heliopause Electrostatic Rapid Transit System，簡稱Herts）太陽能電子帆項目」。太陽能電子帆不需要內置推進劑，而是由太陽風進行推動，最終到達太陽風頂層，也就是太陽系的邊緣。

一艘緩緩旋轉的航天器將採用10至20根帶電的鋁線，打造出一張巨大的「太陽能電子帆」。「我們將把這些又長又細的鋁線接在緩慢旋轉的航天器外面，並讓它們帶上正電荷。帶正電荷的鋁線將與太陽風中帶正電荷的離子相斥，從而把飛船向前推去。這就像我們在學校里玩的磁鐵一樣，磁鐵是會同性相斥的。」

每根鋁線的直徑只有1毫米，但長度足足有12.5英里（約合20公里），差不多相當於219個足球場的長度。太陽能電子帆將與太陽風中的光子相斥，為飛船提供前進的動力。「太陽風中光子和電子的運動速度非常快，可以達到每秒400至750公里。」布魯斯·韋格曼說道，「太陽能電子帆將利用這些光子推動飛船向前運行。」

NASA馬歇爾航天飛行中心的研究人員們已經開始了相關測試，這將會持續兩年多時間。他們需要確定有多少光子會與鋁線相斥，又有多少電子會與鋁線相吸。工程師們還會開展等離子體測試，並改進數據模型，用於太陽能電子帆的進一步研發。不過，專家稱該計劃存在一定的問題。

「我們正在努力改進這一技術。」韋格曼說道，「我們還在學習相關的物理知識，以便計算太陽風能夠提供多大的推力。」

這一構想建立在芬蘭氣象研究所的佩卡·詹胡南博士（Dr Pekka Janhunen）的發明的基礎之上，但研究人員稱，還有大量工作尚待完成，也許要再過10年，這一計劃才能投入實際使用中。

隨著航天器飛行得越來越遠，太陽能電子帆的有效區域將不斷增加。在距離為1天文單位時，有效區域約為232平方英里（約合600平方公里），而當距離為5天文單位時，有效區域就將超過463平方英里（約合1199平方公里）。

通常來說，當使用太陽帆的航天器到達5天文單位處的小行星帶時，太陽光子的能量就會消失，導致航天器無法繼續加速。但研究人員認為，太陽能電子帆在過了這一節點之後，仍能繼續加速前進。

「我們不需要為太陽風中的光子擔心，」韋格曼說道，「光子的供應源源不斷，再加上有效面積不斷增加，太陽能電子帆將繼續加速前進，到達16至20個天文單位處，這至少是太陽帆航天器運行距離的三倍。此外，太陽能電子帆航天器的速度也要快得多。」

NASA的旅行者1號於2012年抵達了太陽能風頂層，此時離它踏上征程已經過去了將近35年時間。而利用這種新方法，航天器抵達太陽能風頂層的時間將縮短為原來的三分之一不到。「我們的研究顯示，由太陽能電子帆驅動的星際探測器只需不到10年時間就能抵達太陽能風頂層。」韋格曼指出，「這將使這一類任務的科學收益產生革命性的變化。「

雖然這一技術適合用來把航天器帶到太陽能風頂層，但研究人員表示，它也可以用來開展太陽能內部的探索任務。「我們在研究這一構想時，可以清晰地發現，該技術的靈活性和適應性很強。」韋格曼說道。「航天任務和航天器設計師們可以根據自己的不同需求改變鋁線的長度、數量和電壓水平。太陽能電子帆是非常靈活的。」

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