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“两袖轻风”的太阳帆和太阳能火箭


	2005年06月23日16:41	【字号大中小】【留言】【论坛】【打印】【关闭】

太阳帆

　　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。

　　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。

　　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）

　　配图选自《航空航天博物馆》

　　来源：中国公众科技网