NASA正在开发用于深空探索的太阳帆技术

美国国家航空航天局（NASA）正在开发用于深空探索的太阳帆技术。这种创新的推进系统以太阳光从其表面反射为动力，最近达到了新的就绪水平，使其适用于未来的科学任务。太阳帆提供了一种无燃料、环保的推进方法，能够将低质量任务推进到新颖的轨道和遥远的行星上。资料来源：美国国家航空航天局

NASA技术专家莱斯-约翰逊（Les Johnson）年轻时曾被杰里-波内尔（Jerry Pournelle）和拉里-尼文（Larry Niven）于 1974 年合著的小说《上帝眼中的污点》（The Mote in God's Eye）深深吸引，小说中一艘由太阳帆推动的外星飞船拜访了人类。今天，约翰逊和美国国家航空航天局的一个团队正准备测试类似的技术。

NASA继续推出太阳帆技术计划，将其作为一种前景广阔的深空运输方法。1 月份，该机构成功部署了四个相同的太阳帆四象限中的一个，从而实现了一个关键的技术里程碑。1 月 30 日，在科罗拉多州朗蒙特的 Redwire 公司新工厂展示了这一部署。

美国国家航空航天局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心领导着太阳帆团队，该团队由主承包商Redwire和分包商NeXolve组成，前者开发了部署机制和近100英尺长的吊杆，后者提供了帆膜。除了领导该项目，马歇尔还开发了太阳帆在太空飞行时控制和导航所需的算法。

2022 年 10 月 13 日，NASA 和行业合作伙伴在马歇尔太空飞行中心使用两个 100 英尺长的轻质复合吊杆首次展开了 4300 平方英尺的帆板四象限，使其成为当时部署的最大的太阳能帆板四象限。2024 年 1 月 30 日，NASA 在科罗拉多州朗蒙特的 Redwire 新工厂成功部署了四个完全相同的太阳帆四象限中的一个，实现了关键技术的里程碑。资料来源：美国国家航空航天局

太阳帆技术及其进步

太阳能帆的概念简单而具有革命性。它的工作原理是利用太阳光的反射进行推进，类似于风力推动帆船。虽然在 Redwire 的部署中只展开了帆的四分之一，但完全展开后，整个帆的面积将达到 17780 平方英尺，厚度不到头发丝的 2.5 微米。风帆由涂有铝的聚合物材料制成。

美国国家航空航天局科学任务局最近资助太阳帆技术达到新的技术就绪水平（TRL 6），这意味着该技术已准备就绪，可以提出在科学任务中飞行的建议。

约翰逊在马歇尔大学从事风帆技术研究已有 25 年之久，他说："这是在准备将其用于太空任务之前，在地面上迈出的重要的最后一步。下一步就是科学家们提出在他们的任务中使用太阳帆。我们已经实现了目标，并证明我们已经做好了飞行的准备。"

穿越深空的太阳帆为使用该技术的飞行任务提供了许多潜在的好处，因为它不需要任何燃料，只需很小的质量就能实现很高的推进性能。这种太空推进系统非常适合在新轨道上执行低质量任务。

约翰逊说："一旦脱离地球引力进入太空，最重要的是效率和足够的推力，以便从一个位置到达另一个位置。"

"太阳能帆通过反射太阳光来实现这一目标--帆的尺寸越大，就能提供越大的推力"。

- 莱斯-约翰逊，美国国家航空航天局技术专家

未来应用和环境效益

利用太阳帆技术进行的一些有意义的飞行任务包括研究空间天气及其对地球的影响，或对太阳南北两极进行高级研究。后者受到了限制，因为将航天器送入环绕太阳的极地轨道所需的推进力非常大，使用当今大多数推进系统根本不可行。考虑到金星或水星离太阳很近，而且太阳帆在那里更强烈的阳光下会产生更大的推力，因此太阳帆推进也有可能加强未来前往金星或水星的飞行任务。

2024 年 1 月 30 日，美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心的技术专家莱斯-约翰逊（Les Johnson）和莱斯利-麦克纳特（Leslie McNutt）在 Redwire Space 公司成功完成太阳帆部署测试。美国国家航空航天局在科罗拉多州朗蒙特的 Redwire 新设施成功部署了四个完全相同的太阳帆四象限中的一个，实现了关键技术的里程碑。图片来源：红线太空公司

此外，这是一种终极的绿色推进系统，约翰逊说--只要太阳在发光，太阳帆就有推进力。在阳光较弱的地方，他设想未来可以使用激光将太阳帆加速到高速，将其推到太阳系外，甚至更远的地方，也许是另一颗恒星。"未来，我们可能会在太空中放置大型激光器，当太阳帆离开太阳系时，将光束照射到太阳帆上，将它们加速到越来越高的速度，直到最终它们的速度足以在合理的时间内到达另一颗恒星。"