藝術(shù)家對即將于2025年2月發(fā)射的太陽天內(nèi)美國宇航局太陽巡洋艦任務(wù)的再現(xiàn)，這是到達為這項最新研究開發(fā)的太陽帆類型的一個例子。鳴謝:uux.cn/美國宇航局
（神秘的火星西安外圍（西安外圍女）外圍上門(微信199-7144=9724）一二線城市外圍預(yù)約、空姐、模特、留學(xué)生、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源地球uux.cn）據(jù)《今日宇宙》（勞倫斯·托格內(nèi)蒂）：最近提交給《宇航學(xué)報》的一項研究探索了使用航空石墨太陽帆前往火星和星際空間的可能性，這將大大減少此類任務(wù)所需的太陽天內(nèi)時間和燃料。
這項研究是到達在許多組織正在對太陽帆的使用進行研究的同時進行的，同時行星協(xié)會成功完成了LightSail2任務(wù)，火星并有可能為長期太空任務(wù)開發(fā)更快、太陽天內(nèi)更有效的到達推進系統(tǒng)。
“太陽帆推進具有在整個太陽系快速運送小有效載荷(亞千克)的火星潛力，”馬克斯·普朗克太陽系研究所的太陽天內(nèi)西安外圍（西安外圍女）外圍上門(微信199-7144=9724）一二線城市外圍預(yù)約、空姐、模特、留學(xué)生、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源天體物理學(xué)家、該研究的到達合著者René Heller博士告訴《今日宇宙》。“與傳統(tǒng)的火星化學(xué)推進相比，這聽起來小得可笑，太陽天內(nèi)傳統(tǒng)的到達化學(xué)推進可以將數(shù)百噸的有效載荷帶到近地軌道，并將其中的火星大部分送到月球、火星和更遠的地方。但太陽帆技術(shù)的關(guān)鍵價值在于速度。”
傳統(tǒng)火箭依靠燃燒化學(xué)物質(zhì)形式的燃料在飛船后部施加外力，與此不同，太陽帆不需要燃料。相反，它們使用陽光作為推進機制，因為巨大的船帆捕捉太陽光子，就像風(fēng)帆在水上行駛時捕捉風(fēng)一樣。太陽帆展開的時間越長，捕獲的太陽光子就越多，從而逐漸提高航天器的速度。
為了進行這項研究，研究人員對質(zhì)量高達1公斤(2.2磅)的航空石墨制成的太陽帆進行了模擬，其中包括720克橫截面積為104平方米的航空石墨，可以以多快的速度到達火星和星際介質(zhì)，也稱為日光層，使用從地球出發(fā)的兩種軌道，分別稱為直接向外轉(zhuǎn)移和向內(nèi)轉(zhuǎn)移方法。
前往火星和日頂?shù)闹苯酉蛲廪D(zhuǎn)移方法包括太陽帆展開和直接離開地球周圍的極地軌道。研究人員確定，在太陽帆展開和離開地球時，火星處于相對位置(地球與太陽正對)，將產(chǎn)生速度和旅行時間的最佳結(jié)果。
同樣的極地軌道部署和離開也用于日頂軌道。對于向內(nèi)轉(zhuǎn)移方法，太陽帆將通過傳統(tǒng)的化學(xué)火箭被運送到距離太陽大約0.6個天文單位(AU)的地方，太陽帆將在那里展開并開始其前往火星或日頂?shù)穆贸獭５牵娇帐柗绾问惯@一旅程更加可行呢？
行星協(xié)會的光帆2號在2019年11月25日繞地球飛行期間拍攝的圖像。船帆的彎曲外觀來自飛船的185度魚眼鏡頭，圖像經(jīng)過了色彩校正和去除部分失真的處理。信用:uux.cn/行星協(xié)會
“由于其每立方米0.18公斤的低密度，航空石墨削弱了所有傳統(tǒng)的太陽帆材料，”德累斯頓理工大學(xué)的研究助理兼該研究的主要作者Julius Karlapp告訴《今日宇宙》。例如，與聚酯薄膜(一種金屬化聚酯薄膜)相比，密度要小四個數(shù)量級。假設(shè)太陽帆產(chǎn)生的推力直接取決于太陽帆的質(zhì)量，那么產(chǎn)生的推力要高得多。除了加速優(yōu)勢，aerographite的機械性能也很驚人。”
通過這些模擬，研究人員發(fā)現(xiàn)直接向外轉(zhuǎn)移方法和向內(nèi)轉(zhuǎn)移方法分別導(dǎo)致太陽帆在26天和126天內(nèi)到達火星，前103天是從地球到0.6 AU部署點的旅行時間。
對于前往日頂?shù)穆贸蹋@兩種方法分別需要5.3年和4.2年，向內(nèi)轉(zhuǎn)移方法的頭103天也用于從地球到0.6天文單位部署點的旅行時間。向內(nèi)轉(zhuǎn)移方法更快到達日頂?shù)脑蚴翘柗?00天達到最大速度，而向外轉(zhuǎn)移方法大約需要兩年才能達到最大速度。
目前前往火星的旅行時間在7至9個月之間，這僅在每兩年一次的特定發(fā)射窗口期間發(fā)生，同時依賴于任何前往或來自火星的航天器在發(fā)射和到達時兩個行星的位置對準。使用美國宇航局的旅行者1號和旅行者2號探測器可以估計目前到達日頂?shù)穆眯袝r間，這兩個探測器分別在大約35年和41年到達日頂。
研究人員指出，使用太陽帆的一個主要問題是在到達目的地，特別是火星時減速，盡管他們提到aerocapture是一種解決方案，但他們承認這仍需要進一步研究。
“雙曲線軌道(如從地球飛往火星)的氣動捕獲機動利用大氣層來逐漸降低阻力造成的速度，”物理學(xué)家、德累斯頓理工大學(xué)空間系統(tǒng)教授、該研究的合著者馬丁·塔伊馬爾博士告訴《今日宇宙》。
“因此，進入火星軌道需要更少的燃料。我們使用這種制動策略來消除對額外制動推進器的需要，從而減少航天器的質(zhì)量。我們目前正在研究哪些替代策略可能對我們有用。然而，制動方法只是我們目前面臨的眾多不同挑戰(zhàn)之一。”
雖然太陽帆技術(shù)早在20世紀70年代就由美國宇航局提出，但太陽帆技術(shù)的最近一個例子是美國宇航局的太陽巡洋艦，目前計劃于2025年2月發(fā)射。