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多年来 ， 物理学家一直在努力完善一种以五分之一光速发射太空探测器的方法 。 一个团队正在标记蓝图的一个重要部分 。
在地面激光阵列加速期间 ， 艺术家对 Starshot Lightsail 航天器的构想
距离我们的太阳系只有大约 4 光年的地方是 Alpha Centauri ， 另一个繁华的太空社区 。 它由与我们的太阳相同工作的三颗恒星锚定 ， 拥有类似于我们的八个著名球体的行星 ， 甚至可能有一个地球双胞胎在宜居区闲逛 。 几乎就像另一个现实一样 ， 恒星系统对于太空探索者来说是一个诱人的区域 。
只有一个明显的问题 。 凭借我们目前的技术 ， 向半人马座阿尔法星发射的航天器要到 82022 年左右才能到达 。 这就是为什么在 2016 年 ， 已故天体物理学家史蒂芬霍金和投资者尤里米尔纳发起了突破摄星计划——一项旨在发送微芯片大小的太空探测器的计划 。 以 20% 的光速到达半人马座阿尔法星 ， 将惊人的旅行时间缩短到仅仅 20 年 。
他们的蓝图以光帆为中心 ， 该光帆利用光子的能量 ， 也就是光粒子 ， 由地球激光发射 ， 而不是像传统帆那样使用风 。 尽管它与《星际迷航》的科幻技术相得益彰 ， 但这个想法却广受欢迎 ， 以至于各地的研究人员都开始研究如何将这个装置付诸实践 ， 希望能制造出一种以令人眼花缭乱的速度在宇宙中爆炸的超光速引擎 。
来自宾夕法尼亚大学的一个这样的团队正在解决一大块难题 。 在本月发表在《纳米快报》杂志上的两篇论文中 ， 研究人员提出了一种方法 ， 以确保这些创新的航天器在长达 20 年的星际航行中不会因强烈的激光脉冲而撕裂 。 基本上 ， 研究人员提出 ， 帆必须在太空中“翻滚” ， 就像标准的船帆在地球风中摇摆一样 。
半人马座 Alpha Centauri 的一颗恒星 Proxima Centauri
在中心可以看到红矮星 ， 它的两颗行星在附近 ， 另外两颗双星半人马座阿尔法星在背景中 。
宾夕法尼亚大学机械工程和应用力学系副教授、研究作者伊戈尔·巴尔加廷 (Igor Bargatin) 说：“早期的一些光帆数字正在滚滚 ， 有些则没有 ， 但没有得到很好的研究 。 ”
“我们所做的是表明你肯定需要滚滚 。
Bargatin 补充道“我们意识到人们并没有真正研究过问题的机制 ， 特别是眼泪的可能性” 。
“我们想确定这个想法是否以及何时实现 ， 人们会关注加速过程中可能发生的事情 。 ”
“我们不希望这些帆失败 。 ”
星际飞船参数想象一艘挂着帆的船冒险出海 。 风帆将随着每一阵风而升起 ， 推动船只前进 。 之所以会产生这种推进力 ， 是因为撞击帆的风会反弹 ， 从而产生压力 。
光帆并没有那么不同 。
Bargatin 说“当光子撞击我们的光帆时 ， 它们会被反射并产生压力”
“确切的机制有点不同 ， 因为我们谈论的是光与实际的空气分子 。 但它们在两种情况下都会产生压力 。 ”
事实上 ， 这些设备已经在一定程度上被证明是有效的 。
2010 年 ， 日本宇宙航空研究开发机构发射了一项名为 Ikaros 的光帆飞行任务 ， 并认为它取得了成功 。 2019 年 ， 实验性 LightSail 2紧随其后 。 由 Bill Nye 和 Neil DeGrasse Tyson 发起的 Kickstarter 活动资助 ， 它使用纯光子能量在太空中移动了一颗小型卫星 。
太阳能帆是日本 Ikaros 项目的核心 。
但 Ikaros 和 LightSail 2 都使用了来自太阳的光 ， 这与 Breakthrough Starshot 的激光束视觉形成鲜明对比 。
虽然阳光可以降低流泪的风险 ， 但它对于 Starshot 的努力来说太弱了 。 此外 ， Bargatin 说 ， Starshot 光脉冲必须在相对较短的时间内发生 ， 因为一旦光帆离地球太远 ， 科学家就会失去有效加速它的能力 。
简而言之 ， 为了达到光速的五分之一——因此它可以在所需的 20 年内进入半人马座阿尔法星——在一个严格的窗口内 ， 光帆需要极强的光脉冲 ， 只有激光才能实现 。
艺术家对绕地球运行的 Lightsail 2 的渲染 。
Bargatin 说“我们光帆的设计压力并不”
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