太阳帆技术将助力人类的深空探索

在广阔的太空中，太阳帆可以像帆船利用风能那样利用太阳能。而一项新研究表明，这种技术有望成为探测太阳系中两颗冰冻卫星（木卫二和土卫二）生命踪迹的解决方案，且成本完全可控。

能够帮助人类探索太空的太阳帆技术（图片来自网络）

玛纳斯维•林加姆是佛罗里达理工学院的天体生物学家，他为本文的采访者做了这方面技术的介绍：

传统的火箭需要携带大量燃料产生推力，而太阳帆只需要利用阳光产生的推力在太空中巡航。这是因为当光子轰击到太阳帆表面时，会赋予其动力。因此，阳光的作用就像风一样。

光子产生的推力虽然微弱，但却是持续不断的，这意味着它们可以将太阳帆探测器加速到传统火箭无法达到的速度。而传统火箭由于需要携带推进剂，其速度反而受到限制，并且会导致飞行器尺寸的增加。太阳帆依赖阳光来获得动力，因此它们无需携带燃料。

当前各种传统火箭由于需要携带大量燃料，这导致其最大速度受限（图片来自网络）

由于太阳帆依赖于阳光，因此它们的使用场景也会局限在太阳系内部那些阳光充足的地方。但是至少在理论上，如果在地球上或者拉格朗日点（在这个位置的设备可以保持位置的相对稳定）部署一系列微型激光器，则可以为太阳帆提供额外的动能，将其推离太阳系。

激光推动的太阳帆示意图（图片来自网络）

按照林加姆团队的研究，估计一个100千克的太阳帆可以在1-3年内到达“木卫二”，或者在3-6年的时间内到达“土卫二”。

国家航空与航天局发射的朱诺号木星探测器在9月29日靠近木星二时，对这颗卫星的拍摄照片。拍摄时，探测器距离木卫二表面约1500公里。

为什么科学家特别关注两颗卫星？因为它们都被认为在冰覆盖的外表下，存在一个盐质的海洋。这使得它们成为太阳系内搜索生命的诱人目标。其中，土卫二的南极地区间歇性喷水现象已经为人所知，木卫二上面也发现了存在蒸汽水柱的迹象。

科学家们确认木卫二存在水柱蒸汽（示意图，来自网络）

如果能够对这种柱状蒸汽进行取样，也许会发现其中包含构成生命的氨基酸等分子，这可以让科学家们了解到这两颗卫星的海洋成分构成。这样，探测器就无需降落在冰面上进行钻洞取样。

但还存在一个问题：当飞过这些蒸汽柱时，探测器的相对速度可能会导致微粒高速碰撞检测仪器，意味着分子的结构会被破坏，导致生命信号判断的失败。根据林加姆和他的团队2月28日在宇航学报上面发表的论文，为了避免这个问题，太阳帆必须将速度降低到最低，以每秒6公里的相对速度飞过。

光帆2所用的太阳帆（图片来自网络）

这种特殊的太空技术并非第一次出现。比如2019年被发射到地球轨道的众筹项目“光帆2”。这是一个鞋盒大小的太空飞船，由非盈利组织“行星协会”控制。到2022年11月的三年时间中，光帆2已经绕行18000圈，走了800万公里，其比最初设计的寿命长了3倍，向人们展现了太阳帆技术的可行性。

于2010年发射的伊卡洛斯太阳帆利用阳光进行深空旅行的图片（来自宇航探索局）

此外，太阳帆也在远离地球的地方得到过应用：远在2010年，的伊卡洛斯探测器就为人们展现了深空之中太阳帆技术的应用。

部分科学家甚至认为太阳帆技术可以帮助人类完成星际旅行任务。比如2016年公布的耗资100万美元的“突破摄星计划”，这个计划准备建立大量微型晶片大小的轻量级飞船，并将它们发射到半人马座的阿尔法星（一颗距离地球最近的恒星系统）。其由激光束推动，最终将会加速至20%光速，因此这些光帆仅需要20年即可到达阿尔法星，在我们有生之年内即可实现。

林加姆表示：我们使用传统的火箭技术探索太阳系已经有65年之久，使用化学推进剂的方式终将达到一个瓶颈。而太阳帆技术将开启太空探索的新时代，尤其适合探索那些“最有希望成为生命栖息地”的地方。

BY:Sharmila Kuthunur

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来源: 天文在线