當石墨烯遇上光，飛行器不用燃料也能飛

在電影《阿凡達》中，人類乘坐巨大的宇宙飛船飛抵4光年外的星球，這個飛船不需要化學燃料，而是用一個巨大的太陽帆作為動力裝置。電影中的場景或將成為現實。我國科學家在研究中發現，當石墨烯遇到光的時候，會產生巨大的驅動力。如果使用這種材料的動力裝置，將來飛行器不用燃料也能飛行。

△太陽帆示意圖

飛行器壽命受制於推進劑

據中國運載火箭技術研究院（以下簡稱「火箭院」）研發中心設計師宋盛菊介紹，傳統飛行器大多採用化學推進劑為動力驅動，由於其攜帶的推進劑總量有限，飛行器的壽命也有限。當推進劑耗盡後，飛行器的生命也就終結了。

特別是執行一些遠距離、長時間飛行的深空探測、星際往返任務時，飛行器必須攜帶更多的燃料，這樣其重量也大幅增加，而要提升運載能力技術難度更大。

對此，國際上相繼研究了多種新型高效的發動機，並用於空間飛行任務，但它們依然無法擺脫被燃料束縛的命運，飛行器的壽命仍受到制約。動力源問題一直影響著人類進入更深遠太空的腳步。

光碟機動是進入空間的理想動力

利用自然界的光碟機動飛行一直是人類進入空間的理想動力。在以往的大量研究中，科學家試圖利用「光壓」獲得動力（「光壓」是射在物體上的光所產生的壓強，利用太陽帆等設備，收集太陽光的光壓而產生驅動力），然而來自光壓的驅動力微乎其微，遠不能滿足航空和航天的負載要求。

宋盛菊介紹，已有研究表明，有一種特殊的石墨烯材料，可在光的照射下有效驅動飛行，其獲得的驅動力是傳統光壓的1000倍以上。這意味著，「光動」飛行或將成為可能。

石墨烯光碟機動最大的優勢在於，它不受光源種類的限制，包括太陽光在內的各種光源都可以產生驅動力，並且宇宙中太陽能的能量是無限的。這意味著，或許將來飛行器不用燃料，只要攜帶一個石墨烯材料製成的帆板，就能上太空了。

宋盛菊介紹，石墨烯光碟機動將為火箭動力系統設計帶來顛覆性的思想變革，這項技術將為人類探索未知宇宙空間打開又一扇大門。但該技術目前還處在實驗室階段，距離工程實踐還有很長的距離。

目前，火箭院也在開展相關研究，通過理論方法與數值模擬相結合的手段，對石墨烯光碟機動機理進行了初步研究，並成功設計了一種光推進石墨烯複合材料薄膜，為下一步開展深入研究奠定基礎。

來源：中國運載火箭技術研究院

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