太阳帆船即将启航

筱　丁

众所周知，浮在水面上的帆船，借助风力就能前进。在这种思想启发下，早在20世纪20年代，就有人设想，能不能在太空也扬起一张大帆，借助太阳光压顶在帆上，也能推着飞船在宇宙空间里前进呢?

这是个非常有创意的构想，但是直到20世纪50年代，人们才搞清了太阳帆的飞行原理。可是半个世纪过去了，利用太阳帆作为新的航天工具始终未能实现。这是因为实际飞行还需解决许多非常复杂的技术难题。2002年日本文化科学部宇宙科学研究所重新把‘这项工作提上日程，提出了一种与原来欧美设想截然不同的张帆办法，并研究于2009年用太阳帆进行金星或木星的星际航行的具体方案。

太阳帆的行进原理

太阳光是一种电磁辐射，组成光线的粒子(即光子)在遇到物体后，能够对物体产生压力，这就是光压。光压对地球的影响是很微小的，几乎不被人注意。就地球绕太阳公转轨道上的太阳光的光压而言，仅有大约10^-6牛顿/米²(受压面与太阳光线垂直时)，由此产生的加速度约0.03～1.00毫米/秒²。尽管加速度很小，但是，如果长时间连续作用的话，它可积累很大的速度增量而不消耗燃料，因而是星际航行中最经济最理想的交通工具。因为在太阳系内太阳的能量是取之不尽的，这一点正是太阳帆的优越性所在。

扬帆方式

原来欧美研究人员设想的帆就像飘在空中的风筝那样，大多需要在骨架上张帆。日本文化科学部宇宙科学研究所现在探讨的帆没有相应的骨架，而是卷缠在卫星主体上，靠卫星旋转产-生的离心力使帆张开。

因为太阳的光压非常小，所以对帆所用的材料有极高的要求：它既要轻，展开的面积又要大，而且在发射到太空前又能折叠得很小，到达一定轨道时才自动展开。由于巨大的帆进入太空前需要收藏在火箭内，所以发射的时候，帆是卷缠在卫星主体外，整体直径1米左右，非常紧凑。发射到宇宙空间后，通过卫星旋转产生的离心力，使折叠的帆一点点地展开，像打开伞那样展开帆。

作为帆的材料，目前被视为最好的一种是被称为“聚酰亚胺”高分子材料制成的薄膜，它经真空镀铝后即可作为帆使用。科学实验用的高空气球使用的聚乙烯材料，因其不耐热，也不耐紫外线和宇宙射线照射等，所以不适合用作太阳帆。另外，聚酰亚胺具有抗热和抗宇宙射线的特性，故这种材料也被用来涂敷在人造卫星表面，用以绝热。

着眼星际航行

太阳帆的飞行任务可分两类：一类是近地飞行任务，另一类为星际飞行。在这两类飞行任务中，太阳帆的控制策略是不同的。在近地飞行时，太阳帆每绕轨道飞行一圈，其帆面就转动半圈，显然，在近地飞行时，要求太阳帆能在短时间里做大的角度改变。但是，如果是用于星际空间的航行又另当别论了。如太阳帆需飞向外行星(如火星)时，需调整帆面姿态产生加速度，如太阳帆需飞向内行星(如金星)时，则需调整姿态产生负的加速度。不管是哪一种情形，都没必要在短时间内大幅度改变帆的角度，所以采用离心力张帆的方式更合适。

至此，读者或许会担心宇宙空间中存在许多小尘埃，如果这些尘埃撞在帆上，会否在帆上砸出许多小窟窿，使星际航行归于失败。事实上，按过去的实验数据推算，如果在6年的星际航行中，太阳帆将会被星际尘埃击出大约200万个小窟窿，其面积约占整个帆的1.5％。专家认为，在这种状态下不会影响飞行。另外，聚酰亚胺薄膜本身韧性很好，再加上真空镀铝，实验表明，即使被稍大的物体撞击，也不会开裂。

首次实验取得成功

2008年8月9日，日本宇宙科学研究所为了试验太阳帆能否在宇宙空间顺利地张帆，在鹿儿岛县内之浦火箭发射场发射了s-310火箭(全长约7.1米，直径31厘米)。火箭的前端搭载了两种类型的太阳帆。这次试验的帆没有正式航行用帆那么大，仅是其十分之一，即展开直径仅10米，厚度仅7.5微米的聚酰亚胺薄膜，分别卷成直径约100毫米的圆柱。在这次实验中做了“三叶草型”和“扇面型”两种展开方式的试验。发射100秒后，到高度122千米，首先展开三叶草型的帆。发射220秒后甩掉三叶草型，接着10秒后在高度169千米再次展开扇面型。尽管太阳帆在美国也进行了研究，但是在宇宙空间成功地把帆展开，这在世界上还是第一次。

总之，历经长久梦想而未能实现的太阳帆终于走出实验室，实地经受宇宙空间恶劣环境的考验，并将肩负起科学探索的使命，航行于宇宙海洋中。

[责任编辑]蒲晖