人类又将一颗太阳帆卫星送上太空,它的意义是什么?

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  一枚只有 5 公斤重的微型立方体卫星正漂浮在地球轨道上,在 7 月 23 日凌晨,它缓缓伸出四根金属吊杆,展开了一张宽度超过 5 米、却比人类发丝还要薄的聚酯帆布,开始面朝太阳。

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  这个造型稍显诡异的设备,很难让人和那些硬朗设计的人造卫星联系在一起。

  如果不细看,你大概会认为人类在太空上丢了一张我们平时用来包食物的锡纸。

  但事实上,如果没有这张撑开的「太阳帆」,这颗卫星就只能漫无目的地飘在地球轨道上了。因为它设计时就没有考虑过助推燃料,而是希望完全靠帆布来「捕获」太阳风的辐射压,由此驱动卫星的移动。

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  这颗卫星的名字叫做 LightSail 2,由一家非营利性组织「行星协会」所打造。它的创始人 Carl Sagan 希望找到一种低成本的太空探索方案,而「太阳帆」则被认为是一种可行的设计。

  另一个有类似构想的是霍金,他生前曾联合俄国富豪 Yuri Milner 提出了「Breakthrough Starshot」计划,同样希望靠无数个小型光帆船来完成远距离的太空任务。

  「如果我们要到达 4.3 光年外的半人马座α星,用人类最快的飞船也要花 3 万年,而光帆只需要 20 年就能完成了。」

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  「太阳帆」的概念始于 17 世纪,由德国天文学家约翰内斯·开普勒所提出。他认为在几百年后,人类会乘坐一种不需要燃料,而仅依靠太阳光为推力的飞船遨游太空。

  这就跟现在的航海冒险一样,只要扬起风帆,就能借助自然风抵达大洋尽头。

  当然,这种构想并非是白日做梦。从科学角度来看,太阳光本身也包含着动量,如果我们能够让宇宙飞船撑起足够大的帆布,并放在太阳光的辐射范围内,确实能获得一定的助推力。

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  普渡大学的航空学教授 Dave Spencer 接受《纽约时报》采访时也表示:「太阳光提供的辐射压是近乎无限的,这意味着飞船将不用再担心燃料耗尽的问题,更适合超长时间的太空探索。」

  更重要的是,虽然这种助推力最开始还很小——大概就跟苍蝇掉在你手上差不多,但它会随着时间而渐渐增加,并最终超过化学燃料所能达到的动力极限,让宇宙飞船以更快的速度到达外太空区域。

  「太阳帆是一个浪漫的点子,我们希望它能够在太空探索中变得越来越流行。」行星协会的主任 Bill Nye 说道。

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  人类第一次将「太阳帆」付诸于实践是在 2010 年 5 月。当时,日本航空研究所发射了一颗名为「IKAROS」的宇宙探测器,就首次运用「太阳帆」技术成功到达金星外围区域。

  这个「第一次」本该是行星协会的,但作为非营利性组织,他们在实践过程中却遭遇了不少波折。

  2005 年,行星协会就曾计划将名为「Cosmos 1」的太阳帆卫星送上太空,这比日本的太阳帆探测器还要早 5 年左右,但最后却因俄罗斯的运载火箭故障,未能成功进入地球轨道。

  到了 2011 年,行星协会将新研发的 LightSail 发射升空,虽然它成功打开了太阳帆,但之后卫星又遇到了软件和电池问题,使得地面站难以和飞船建立联系,整场试验也无法顺利进行下去。

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  就算是到了第二代 LightSail,它的发射阶段也让不少人提心吊胆。

  据悉,当时肩负发射任务的猎鹰重型火箭需要将多达 24 颗卫星带到地球轨道上,被 SpaceX 称之为「有史以来最艰难的一次发射」,而 LightSail 2 就像是顺道搭一趟「便车」。

  好在,LightSail 2 现在的表现并没有令人失望。这一次「行星协会」终于和卫星保持了稳定联系,并让它依照指令打开太阳帆,承接太阳光带来的辐射压,开始生成动量。

  这也让 LightSail 2 成为了人类历史上第一枚运行在地球轨道、且可操控的太阳帆卫星。

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  据悉,在未来一年时间里,行星协会会让 LightSail 2 稳定运行在地球轨道上,并在拥有足够的动量情况下,不断延伸其轨道的远地点。

  这也是为了验证「太阳帆」方案运用在微型卫星上的可行性,其中就涉及到每次卫星转向时帆布的角度调整等。如果 LightSail 2 的状况良好,未来 NASA 和行星协会都将考虑更长距离的太空探索。

  最后,这颗卫星会重新坠入地球大气层烧毁,完成本次任务。

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