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小知识:太阳光压·光热和太阳风
  2005年06月23日16:41 【字号 】【留言】【论坛】【打印】【关闭
太阳帆 配图选自《航空航天博物馆》
太阳帆 配图选自《航空航天博物馆》
  太阳帆是一种不带机械动力装置的轻便航天器,它像帆船利用风的压力前进一样,利用太阳光和太阳风的压力,作用在帆上来加速飞行。

  ●  光压提供推力和太阳帆飞船

  那么,光有压力吗?回答是肯定的。当彗星飞近太阳时,彗星上的部分物质升华和蒸发为气体,形成一条总是背向太阳的尾巴,就曾被认为是太阳光的压力作用的结果(后来弄清楚主要是太阳风作用的结果)。从理论上来说,光是光子形成的,每个光子都有一定的动量。当光子撞在帆上被吸收时,按照动量守恒原理,帆就会获得动量增量,这就是光的压力。如光子被反射,压力还会增加。当然,光压是非常小的。在地球上,一个绝对黑体,即光被完全吸收的物体,太阳光的压强不到一百亿分之一个大气压。但在太空真空中,太阳光压仍能发挥作用。早在20世纪20年代,齐奥尔科夫斯基就提出了太阳帆的概念。

  光压虽然很小,但可以长期不间断地作用。理论研究表明,在进入太空的航天器上拉起一张巨大的帆,可为航天器提供10万分之一到千分之一地球重力加速度(g)的加速度。如果帆面直径300米,可使500千克重的航天器沿半椭圆轨道,经200多天的加速飞到火星。如果帆面直径增大到2000米,则可使5吨重的飞船飞离太阳系

  光压并不是无懈可击的。如果光是光子组成的,由于光子没有质量,那么,光子的动量就成了问题。或许像彗星的尾巴背向太阳主要是太阳风作用的结果一样,太阳帆的动力主要是太阳风或太阳发出的其他高能粒子作用的结果。

  ● 光热提供能量和太阳能火箭

  太阳光的热能也可作为加速宇宙飞船的能源。如航天器上的太阳能电池帆板,将太阳光的热能转化为电能供航天器上的仪器设备使用。这里要介绍的是轻型空间动力——阳光动力火箭。

  阳光动力火箭又叫太阳能火箭。它是用轻型反射镜,将太阳光聚集到航天器上的火箭发动机的推力室中,将工质加热到2000多摄氏度,然后通过喷管喷出,产生推力,使航天器加速飞行。阳光动力火箭的推力很小,一般不到5牛顿,但可以长期工作。目前可用来修正航天器的轨道偏差,或使航天器改变轨道,从低轨道升到高轨道等。美国航宇局正在研究的太阳能热动力末级火箭,用一面可充气的大镜子,将阳光反射到液氢贮箱上,将氢加热到2300℃,从喷管喷出,产生推力。计划用于将已进入太空的卫星,从过渡轨道或转移轨道送到地球同步轨道和对地静止轨道。

  将来,阳光动力火箭可用作星际航行器的加速动力,经过长时间的连续加速,可使星际航行器达到很高的速度,飞向火星、木星和土星等,甚至可以飞出太阳系。只是它有一点不足,就是离太阳越远,阳光越弱,推力越小。(李龙臣 来源:中国公众科技网)

  ● 太阳风提供的推力微乎其微

  实际上,太阳除电磁波辐射外,还有粒子辐射。后者是指从太阳外层大气不断发射出的稳定的离子流,通常称作太阳风。在“宇宙”1号太阳帆上也有太阳风的作用,不过远比太阳光的作用微弱。太阳风作用在“宇宙”1号太阳帆上的推力为0.0001克,同太阳光此时产生的推力225克相比,完全可以忽略不计。同时,由于星际物质的影响,太阳风边界大约在25—50个天文单位之间,其压力又随距离平方而下降,故计算它对太阳帆作用所提供的推力已没有实际意义。说明这一点,意在不要把太阳光和太阳风的作用混为一谈。当然,也不要把太阳帆利用太阳光光压提供推力的方法同已经采用的将太阳能转换成电力的方法相混淆。(科技日报)

(责任编辑:马丽)
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