12月27日夜间,“长征五号”遥三运载火箭发射成功,标志着我国航天跨过了一项要害的里程碑。但很多人不了解的是,就在“胖五”成功发射的前一天,我国航天还宣告达到了另一项要害成果,战略意义不亚于“胖五”的成功。
中科院沈阳自动化地点12月26日宣告,该所研发的“天帆一号”太阳帆,搭载长沙天仪研讨院的“潇湘一号07”卫星(8月31日搭载“快舟一号甲”型火箭在酒泉成功发射),在轨成功验证了多项太阳帆要害技能。
太阳帆技能——驶向星斗大海的帆船
“天帆一号”太阳帆进行第一次在轨技能实验,标志着我国正式进入这个要害航天技能范畴。“潇湘一号07”卫星,是一颗分量仅有2千克的细小卫星,但它验证的“天帆一号”太阳帆,却代表未来太空飞翔的一项中心技能。
现有的太空飞翔,仍以化学火箭为干流推动方法,离子火箭也在开展。但这两种推动方法都有严峻缺点,化学火箭需求很多的燃料,无力进行长时间飞翔,离子火箭则推力细小,现在仅能用于卫星的姿势调整。但是,太阳帆却供给了另一种或许——可完成长时间太空飞翔,并且能达到理论上的极高速度。
太阳帆,望文生义,便是依托太阳光的“光压”推动航天器的“帆”完成世界飞翔。太阳的光压看似力气不大,但却能继续作用于“太阳帆”,使航天器取得不间断的加速度。此外,太阳还会不断吹出很多带电粒子流,即“太阳风”,加大对太阳帆的光压推力。
在地球到太阳的间隔上,正常太阳光在一平方米太阳帆上发生的推力等于0.9达因(令1克的物体发生1厘米/秒^2的加速度的力为1达因),不到一只蚂蚁的分量。但假如太阳帆制造的足够大,直径增加到300米,面积则为70686平方米,那么光压供给的推力就可达0.034吨。供给的加速度就可使0.5吨的航天器在200多天内飞抵火星。若太阳帆的直径增至2000米,那么光压供给的1.5吨推力就能推动20吨的航天器在400天内送到火星。
太阳帆的另一个优势,便是飞翔间隔越远,速度越快。以木星为例,太阳帆飞船理论上最快在2年内就可以飞抵,土星的话也只需3.3年,天王星是5.8年,海王星是8.5年,速度比早年的“游览者2号”快得多。
这种推动技能供给的未来展望,对行星际世界飞翔是极具吸引力的。太阳帆的可运用范围,简直广泛太阳系各个旮旯,从太阳邻近一向远至海王星外的彗星云。有剖析指出,未来地球和火星之间的游览,太阳帆将成为中心推动方法。
美俄日欧都虽已研发太阳帆多年,但我国已能等量齐观
从上世纪起,西方和俄罗斯都打开了太阳帆的研讨,并在光帆资料和空间打开等技能上进行了很多实验。
人类最早进入太空的太阳帆,是2001年和2004年美国联合俄罗斯实验的“世界一号”,但两次实验都遭到失利。2004年8月,日本也初次实验了自己的原始太阳帆,但仅仅是测验布置机制,并没有实验推动技能。
2010年5月21日,日本航空航天局发射了第一颗真实的太阳帆飞船——“伊卡洛斯”号(起飞分量315千克)。这艘飞船在飞往金星的途中,进行了空间打开和操控实验,并初次完成了太阳光压的推力实验。通过六个月推动实验,太阳帆终究完成了100米/秒的速度增量。
“伊卡洛斯”号采用了一个对角旋转的方形帆,尺度为14x14米(196平方米),由厚度为7.5微米的聚酰亚胺薄片制成。这种聚酰亚胺薄片的质量仅有每平方米10克。太阳帆内部还嵌有薄膜太阳能电池。
同年11月19日,美国也成功了发射第一个太阳帆——“纳米帆D2”。航天器分量不到4.5千克,太阳帆尺度只要9.3平方米。美国方面称,太阳帆在实验期间作为被迫脱轨设备的运用发生了“很多数据”。
现在,美国、日本、俄罗斯和欧洲已打开多个太阳帆相关的开发项目,但成功次数屈指可数,全体上还处于起步阶段。从作用来看,多年前的日本的“伊卡洛斯”号仍是最为成功的一个。
太阳帆存在着多个技能难点:首要,太阳帆的制造需求极轻质的特别资料,并且要能高效地将光压转化为动能,而不是热能;其次,需求霸占太阳帆的空间打开技能,要将折叠缩短于几公斤小盒子内的太阳帆,充沛打开为几十平米乃至几百平米的完好状况;别的,太阳帆的空间姿势操控也是极为重要的,挑选精确的视点以取得最大的“顶风”功率。
我国的“天帆一号”太阳帆,在技能上也归于初期的起步状况,但这是“从零到一”的要害一步。迈开了这第一步,标志着我国在这一范畴现已根本和西方“等量齐观”了。(作者:陶慕剑)