當星際飛船揚起「帆」，太空大航海時代還會遠嗎？

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光動力飛船概念圖

美國行星協會的「光帆2」號飛船最早將於6月13日，搭乘SpaceX的新型獵鷹重型火箭在佛羅里達州的肯尼迪航天中心發射升空。

「光帆2」號的最終目的地是距地面725公里的中地球軌道，大概是國際空間站高度的兩倍。本次任務中，「光帆2」號將充當太陽帆技術的一個試驗台，也需要執行美國宇航局提議的立方體衛星「近地小行星偵察」（NEA Scout）。「光帆2」號預計會將一個午餐盒大小的航天器發射到預定軌道，並展開一張約兩個停車位大小的聚酯帆。

由於省去了飛船攜帶燃料的麻煩，太陽帆技術有望成為未來所有行星際飛船的推進手段，被行星協會稱為「光動力飛行」。具體地說，就是利用來自太陽的光子流驅動飛船行進。

美國宇航局馬歇爾太空飛行中心近地小行星搜索任務的技術負責人Les Johnson稱：「太陽帆真正的好處在於它的輕重量讓它能夠長時間持續工作而且對於推動需求較小。穩定的太陽光壓能夠逐漸為小型探測器加速。傾斜太陽帆來改變太陽光的反射角度就能夠操控飛船飛行。」

行星協會首席科學家布魯斯·貝蒂斯表示，即便是立方體衛星這樣的小型衛星，能攜帶的每一克都非常重要。

貝蒂斯說：「我們一直在等待發射機會，希望能夠進入距地球更高的高度。在更高的高度，太陽壓力將支配大氣阻力。我們希望嘗試可控太陽帆。在環繞地球軌道飛行時，第一半將由陽光碟機動，剩下的一半，我們將側向面對陽光。」

在「光帆1」號基礎上改進

Credit: The Planetary Society

據悉，行星協會的「光帆1」號飛船曾於2015年5月20日，與空軍的絕密X-37B空天飛機一同發射。它在低地球軌道逗留了不到一個月。雖然實現了研發太陽帆的主要目標，但此次試飛也暴露出一些問題。發射後短短兩天，軟體故障導致太陽帆的展開時間推遲到6月7日。飛船6月9日傳回的一幅照片顯示，太陽帆成功展開，完成此次任務的首要目標。

但在此之後，更多問題浮出水面。

2015年6月15日，行星協會的詹森·戴維斯在一篇博客中指出：「在工程師能夠獲取對面相機拍攝的照片前，『光帆』的無線電開始傳輸一個連續的無意義信號，飛船不再對指令做出響應。」6月10日，「光帆1」號停止傳輸數據，也就是在按照原定計划進入大氣層前不久。貝蒂斯說：「『光帆1』號讓我們學到很多東西，讓我們對這種飛船有了進一步的認識。在出現各種問題之後，我們進行了大量改進。」

2015年6月8日，行星協會「光帆」號飛船搭載的立方體衛星在地球軌道拍下了這幅照片，展示了展開的太陽帆

相比「光帆1」，「光帆2」號將更好地利用沿途的粒子。

在硬體方面，最大的差異便是，會有一個動量輪（可理解為一個快速旋轉的輪子），幫助「光帆2」號在太空中保持位置。此外，它的姿態確定和控制軟體也有別於「光帆1」號。相機也進行了升級，能夠傳輸畫質更高的太陽帆照片。

其它改進則能讓「光帆2」號更加穩健。貝蒂斯表示「光帆2」號裝有採用自動設置的定時器，用於重啟特定流程，或者在發生故障時重啟飛船。此外，「光帆2」號傳回的無線電信號將包括更多信息，能讓地面控制人員進一步了解飛船的健康狀況。工程師還加裝了反射鏡，用以標記飛船的方位，降低在地面上追蹤飛船的難度。

驅動星際飛船

2010年12月8日，日本的「伊卡洛斯」號太陽帆飛船在金星前方穿過。此時，「伊卡洛斯」號距金星大約8萬公里

當然，太陽帆技術在航天界並非是全新概念。除了光帆系列，也有其他飛船也在太空中成功測試了太陽帆。

最引人注目的例子當屬日本的「伊卡洛斯」號（一艘太陽輻射驅動的行星際風箏型飛船）。在2010年日本的「拂曉」號金星任務中，「伊卡洛斯」號成功利用太陽帆飛行。它是迄今為止唯一一艘利用太陽帆在深空中進行遠距離飛行的飛船。2012年，「伊卡洛斯」號創造吉尼斯世界紀錄，成為第一艘進入行星際空間的太陽帆飛船。

2010年，美國宇航局在低地球軌道展開「納米帆-D2」衛星的太陽帆。這項任務的重點就是展開太陽帆，同時研究太陽帆如何在低地球軌道運轉。宇航局還曾計劃執行另一次太陽帆任務，名為「Sunjammer」，但這項任務最終流產。

2010年6月14日，「伊卡洛斯」飛船的太陽帆展開。照片由太陽帆釋放的一台小型相機拍攝

「光帆2」號將進一步豐富有關太陽帆如何在太空運轉的實際信息。這些信息至關重要。

「光帆2」號項目組亦與另一個太陽帆實驗小組「近地小行星偵察」（NEA Scout）有所接觸，後者將利用太陽帆飛躍一顆小行星。貝蒂斯說：「他們計劃使用的太陽帆擁有與『光帆2』號類似的設計和特性。」NEA Scout項目組計劃加入獵戶座探索任務-1（EM-1），計劃飛躍小行星1991 VG。但此項計劃尚未最終敲定。

由於省去了飛船攜帶燃料的麻煩，太陽帆（光動力飛行）是未來行星際探索任務的一種可能推進方式。

當陽光照射到木星軌道附近時，已經減弱到無法滿足大多數以太陽能為動力的任務。但是美國宇航局太空任務理事會的首席工程師Jeffrey Sheehy和Johnson都認為，這項技術有可能為星際任務鋪平道路，因為強大的激光器能夠將太陽帆飛船加速到十分之一的光速甚至更快。

一家名為Breakthrough Starshot的私人組織希望，在這一代將這樣一種飛船送往距離地球最近的半人馬座阿爾法星。

現在，宇航局正對一系列任務設想進行研究。私人資助的「突破攝星」計劃將利用激光和太陽帆「雙管齊下」的方式，向距離地球最近的恆星系統——半人馬座阿爾法星系統派遣一顆微型探測器。

突破攝星項目為霍金髮起，目標是開發數千個郵票大小的納米小型太空飛船，飛往我們最近的恆星系，並發回照片。

來源：漫步宇宙

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