仅需6秒就能到达月球,利用太阳光做动力,光帆飞船有多厉害?


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天文望远镜目前能看到135亿光年外的星系 , 并且这个纪录可能在不久后还会被刷新 。

除此之外 , 我们还发现了宇宙中许多奇特的天体 , 它们有着人类难以理解的特性 , 还有的天体和地球非常相像 , 生态环境十分宜居 , 如果以后地球不再适合人类生存 , 我们似乎不用担心该去往何处的问题 。

但以上所有的探测活动 , 也只能基于望远镜来查看 , 换到能够实地勘察的探测器 , 我们甚至连太阳系都走不出去 , 比如目前行程最远的探测器是旅行者一号 , 它和地球的距离已经达到了235亿公里 。

但太阳系的直径大约为2光年 , 按照这样的速度 , 旅行者一号还要17571年才能飞出太阳系 。
如果不能在探测器的速度上取得巨大突破 , 人类将难以开展对宇宙的深空探测 , 未来的星际航行更是天方夜谭 , 即便我们有上万年的时间等待探测器到达目的地 , 探测器也会半路耗尽能源然后和地球失联 。

人类不可能永远活动在太阳系 , 向更广阔的宇宙进发是未来的大势所趋 , 因此提升探测器的速度就成了当务之急 , 只有这样才能最大限度的节省时间和能源 , 随着科技的发展 , 科学家逐渐意识到 , 太空中就有源源不断的能量 。

早在四百多年前 , 天文学家开普勒就曾设想过光能的利用 , 他发现彗星流浪在太阳周围时 , 彗尾始终是背向的太阳的 , 开普勒推测可能是太阳发出了某种能量 , 让彗星能源源不断的获得动力 。
假如人类也能利用这种动力 , 星际航行岂不是会简单许多?

虽然我们现在知道彗星的飞行和太阳神秘的动力没有什么关联 , 但科学家确实发现了太阳的确存在一种能量 , 或许能帮助我们在太空中航行 。
这种来自太阳的能量叫做光压 , 1784年时欧拉就提出了这个想法 , 不过直到1901年才由俄国物理学家列别捷夫首次测量出来 , 太阳会发光 , 这些光实际上由一个个光子组成 , 虽然它们的质量很小 , 但照射到物体时仍然会有推动力 , 会对物体表面产生光压 。

我们在晒太阳时 , 也在不停的承受光压 。 只不过人体面积比较小 , 一个成年人承受的光压仅有1毫克左右 , 考虑到空气阻力和其他因素 , 这点光压完全可以忽略不计 , 但如果有足够大的面积承载光压 , 并将它放到没有干扰的真空下 , 此时的推力可能就会大大增加 。

基于以上原理 , 美国于2016年启动了“突破摄星”计划 , 该计划由著名物理学家霍金和其他几个科学家发起 , 并获得了美国宇航局的支持和赞助 。

研究团队设想了一种质量仅为10克的宇宙飞船 , 大约只有指甲盖那么大 , 在飞船内部可以集成配置许多微小但高效的仪器 , 比如高分辨率相机和自动导航以及通讯设施 , 飞船的最大亮点在于外部的光帆 , 它用特殊的材料制成 , 厚度仅为几百个原子直径的大小 。

飞船通过光帆承载光压来获得能量 , 当光帆完全展开时看上去就像船帆一样 , 只要受到光线照射就能获得能量持续加速 , 理论上来说几分钟左右就能加速到每秒数万公里 , 最终稳定在20%的光速 。
按照这样的速度 , 只需要20年就能到达比邻星 。

不过该计划前期所需资金达到了50多亿美元 , 而当时仅筹集了1亿美元 , 加上技术在实践方面尚处于起步阶段 , 最后随着霍金的去世该计划就暂停了 。
这样的飞船在实践中还会有许多困难 , 比如有障碍物该如何规避?

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