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【大象|飞到火星仅20天，冥王星只需3年，人类真的要突破太阳系了吗？】
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2020年7月23日 ， 我国的天问一号火星探测器搭乘长征五号遥四运载火箭发射升空 ， 展开了火星探索之旅 。 2021年2月10日 ， 天问一号成功进入绕火星轨道 。
尽管火星探测器已经沿着目前最合理的路径——霍曼转移轨道前往红色行星 ， 但漫长的旅途还是用掉了半年多的时间 。 要知道 ， 火星是太阳系内距离地球第二近的行星 ， 尚且需要如此漫长的时间 。 而太阳系的浩瀚 ， 甚至远不止八大行星那么简单 ， 还有遥远的柯伊伯带和奥尔特云 ， 人类的航天器何时才能到达这些遥远的地方呢？
别着急 ， 别绝望 ， 未来已经不远了 。 有一种航天器 ， 可以获得惊人的速度 ， 穿越太阳系 ， 那就是太阳帆 。
太阳帆的概念早在几百年前就有雏形了 ， 在近些年来尤其受到关注 。 比如霍金生前支持的“突破摄星”计划 ， 就是希望利用太阳帆的技术 ， 在50年内抵达比邻星进行探测 。 既然连比邻星都能触及 ， 跨越太阳系自然也不是问题了 。
太阳帆的原理很简单 ， 就是利用太阳光形成的光压提供动力 ， 供航天器飞行 。 它和太阳能类似 ， 动力源源不断 ， 但原理又不同 ， 产生的动力远远超过了太阳能 。 如果我们能够利用这种光压进行探测 ， 那么就可以进行太阳系跨越了 。
牛顿第二定律指出：一个物体的加速度取决于质量大小和受力大小 ， 质量越小的物体更容易被加速 ， 受力越大加速越明显 。 因此 ， 如果想要让太阳帆获得如虎添翼的效果 ， 那就需要更小的质量更大的力 。
最近 ， 加州大学洛杉矶分校机械工程系的研究生Ho-Ting Tung和Artur Davoyan博士最近就在考虑这些问题 ， 并且做出了他们认为最合适的方案 。 想要减少质量 ， 那就尽量为航天器“瘦身”；想要获得更大的力 ， 那么除了太阳提供的光压之外 ， 我们还可以在地球上利用激光提供更强大的光压 。
他们设想 ， 利用这个方案打造出来的太阳帆 ， 将获得前所未有的惊人航行速度 。 通过这样的加速效果 ， 航天器从近地轨道（通常不到3000公里）进入到地球静止轨道（也就是距离地表36000公里的同步轨道） ， 只需要几分钟的时间 。
在地球轨道上就能获得如此快的速度 ， 在太阳系中的航行速度将更加惊人 。 目前我们前往火星需要差不多200天的时间 ， 通过这种太阳帆系统 ， 只需要20天；朱诺号探测器花了5年时间从地球飞到木星 ， 利用太阳帆只需要120天；新地平线号飞到冥王星用了10年时间 ， 太阳帆只需要3年就够了！
这个速度确实相当惊人 ， 如果真的获得如此快的速度 ， 人类探测太阳系将会变得更加容易 。 通过太阳帆 ， 我们将会发射更多探测器去探索其他星球 ， 我们对太阳系的了解将会大幅提升 ， 想一想就很爽 。
可是 ， 我们要怎样获得这样的速度呢？
首先就是航天器的“瘦身” 。 在他们的设计中 ， 航天器的总质量要小于100克 。 不得不说 ， 这个质量确实有点惊人 ， 要知道 ， 一只普通的苹果也有150克左右的重量 。 所以 ， 想要实现这样的航天器瘦身 ， 科学家们必须要考虑如何开发更轻质的科学载荷 。
接下来比较重要的 ， 就是太阳帆本身的设计 ， 这是重中之重 。
用激光提供更强大的光压 ， 这本身是好的 。 但是 ， 这里有一个问题 ， 那就是激光本身具有的能量太大了 ， 以至于可能会将航天器烧毁 。 因此 ， 太阳帆本身所使用的材质 ， 必须要非常特殊 ， 需要满足多项要求 ， 比如本身要非常轻 ， 而且要比较坚固 ， 同时要能够承受高温 ， 并且可以以非常高的效率反射激光 。
说起来 ， 后面两点是基本等价的 ， 因为反射掉绝大部分激光 ， 就意味着不会因为吸收太多能量而升温 。 另外 ， 反射激光效率越高 ， 意味着加速效果也越好 。 因此 ， 这两个属性 ， 成为了本次研究的重点 。
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