太阳帆飞船

太阳帆飞船，又叫宇宙1号，是一枚航天器，用于太阳帆技术试验，太阳帆靠阳光漫游太空。在1924年，俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和其同事弗里德里希·灿德尔明确提出“用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度”。正是灿德尔首先提出了太阳帆——一种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想，成为建造太阳帆的基础。

中文名：太阳帆飞船

提出：开普勒400年前

地位：唯一可能乘载人类到达太阳系外

原理：阳光压提供推力

1、起源

著名天文学家开普勒在400年前就曾设想不要携带任何能源，仅仅依靠太阳光能就可使宇宙帆船驰骋太空。但太阳帆飞船这一概念到20世纪20年代才明晰起来。1924年，俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和其同事弗里德里希·灿德尔明确提出“用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度”。正是灿德尔首先提出了太阳帆——一种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想，成为现在建造太阳帆的基础。

2、原理

光是由没有静态质量但有动量的光子构成的，当光子撞击到光滑的平面上时，可以像从墙上反弹回来的乒乓球一样改变运动方向，并给撞击物体以相应的作用力。单个光子所产生的推力极其微小，在地球到太阳的距离上，光在一平方米帆面上产生的推力只有0.9达因，还不到一只蚂蚁的重量。因此，为了最大限度地从阳光中获得加速度，太阳帆必须建得很大很轻，而且表面要十分光滑平整。“宇宙”1号的太阳帆面积为530．93平方米，与光压获得的推力仅为255克。

如果太阳帆的直径增至300米，其面积则为70686平方米，由光压获得的推力为0．034吨。根据理论计算，这一推理可使重约0．5吨的航天器在二百多天内飞抵火星。若太阳帆的直径增至2000米，它获得的1．5吨的推力就能把重约5吨的航天器送到太阳系以外。由于来自太阳的光线提供了无穷尽的能源，携有大型太阳帆的航天器最终可以以每小时24万公里的速度前进。这个速度要比当今以火箭推进的最快航天器快4—6倍。即比第二宇宙速度快6倍，比第三宇宙速度快4倍。因为在太空中运行的航天器处于失重状态，又无空气阻力，只要加少许力的作用，就会改变运动方向和速度。

3、实践

太阳帆飞船

宇宙一号

2005年，世界首艘依靠太阳能驱动的航天器太阳帆飞船“宇宙一号”发射失败后，研究人员已开发出体积更小、速度更快的改良版太阳帆飞船，有望最早在2010年年底再次尝试太空之旅。美国行星学会研究人员介绍，这种改良版太阳帆飞船名为“光帆”，可在距地表800公里高空处轨道上飞行。这种飞船大小和一长条面包类似，重约5公斤。飞船由3颗微型卫星组成，其中一个用于储存电子，另外两个用于携带折叠太阳帆。太阳帆由一种聚酯薄膜制成，展开后边长5米，厚度仅为普通垃圾袋的四分之一左右。研究人员眼下尚未确定飞船发射具体日期。他们正在考虑使用美国或俄罗斯火箭发射，计划最早于2010年年底前完成第一次发射。

永久气候观测站

太阳帆飞船爱好者十分看好这种航天器的前景。他们认为，太阳帆飞船理论上不需燃料发动机，是星际远航的最可行办法和最理想航天器。一些专家则说，即使暂时无法实施星际远航，太阳帆短期内应用前景也不错。它可用于建立太阳永久气候观测站，监测磁暴活动。美国行星学会主席弗里德曼说，研究人员共计划3次太阳帆飞船航行。继“光帆1号”后，他们还将发射“光帆2号”和“光帆3号”，让它们在距离地球更远的轨道飞行更长时间。不过，这些项目资金筹措成为难题。弗里德曼说，他和一些有意资助者谈话后，一名“非常谦虚可爱的”男子走上前去，向他询问整个项目所需资金并留下学会银行账号。这名男子最终决定资助前两次发射。如果一切进行顺利，他还将投资第三次发射。几天后，这笔钱如期到账。不过，这名神秘资助者不愿公开身份。行星学会也没有公布项目所需资金总额。

2005年太阳帆飞船“宇宙一号”项目共耗资400万美元。负责运载飞船的俄罗斯火箭起飞后突然停止飞行，致使飞船未能与运载火箭分离，导致发射失败。美国行星学会宣布重启太阳帆计划当天，正值学会已故创始人、前宇航员兼科幻小说作家卡尔·萨根诞辰75周年纪念日。

4、发射

太阳帆飞船

2001年7月20日，行星协会发射了太阳帆飞船航天器。这是一颗亚轨道航天器，是世界上首次使用太阳帆作为航天飞行动力装置的航天器。这颗航天器没有能与第三级火箭分离，最终坠毁了。研制人员准备了3年时间，2005年，第二个太阳帆飞船也已经发射。这个太阳帆飞船比原来设计更大，由8个三角帆组成，可以环绕地球轨道运行，于2005年6月21日从一艘位于巴伦支海的俄罗斯潜艇K-496上发射。发射后与地球失去联络。之前有报道说发射失败，行星协会在保持一阵沉默后也承认这次实验未能成功将太空船送入轨道。

5、意义

长期以来，人们一直都渴望着能够摆脱对火箭的单一依赖，找到新的动力方式，实现人类遨游太空的梦想，其中之一就是制造太阳帆利用太阳能来进行太空航行。太阳帆代表了人类未来太空飞行的技术，它将为开发新型宇宙发动机方向迈出重要一步，可以相信，人类未来完全可以利用太阳帆从事深空探索，并给人类的太空旅行带来一场新的革命。因此，太阳帆飞船的命运不仅关系到未来星际航行中能源系统的建设，也将关系到人们对研制开发太阳帆的态度。

6、相关发展

太阳帆飞船

发射“孔雀开屏”

北京时间2005年6月22日凌晨4时46分，俄罗斯用“波浪”火箭发射了以太阳光为动力的“宇宙一号”(Cosmos-1)飞船，进行太阳帆的首次受控飞行尝试。最新飞行数据显示，飞船在起飞83秒后遭到失败，主持这一项目的美国行星学会说，在发射约20分钟后，飞船与地面失去了联系。飞船是否入轨正在等待进一步的证实。升空的飞船由8片三角形聚酯薄膜帆板组成，耗资400万美元，是美国一家私人组织“行星协会”、俄罗斯科学院和莫斯科拉沃奇金科学生产联合体花费数年时间联合建造的。

按照原定计划，“宇宙一号”被射进轨道之后，不会马上张开帆体，头几天将被用于检测“宇宙一号”上的各个系统，高度控制发动机也将点火以保持其轨道的稳定，负责拍摄照片的照相机要被检测，而离子分析仪则开始搜集数据，以便同帆体展开后的数据进行比较。飞船入轨几天后，位于莫斯科的地面站将发出展开帆体的命令，“宇宙一号”通过向桅杆充气，首先展开它约15米长折叠的三角形帆板中的4片，如果一切顺利，几分钟后将再展开剩下的4片,它们将构成一个直径约30米、面积600多平方米的“圆盘”。地面控制人员也可能选择让“宇宙一号”再环绕地球飞行一周后，重新回到莫斯科控制站上空后再展开。待所有帆板都打开后，“宇宙一号”就真正成为了一个光帆飞船。

飞船的帆板将首先保持固定不动，使得专家们能有机会仔细观察“宇宙一号”的姿态和行为。随后，控制人员才会调整帆板的方向，让其对正太阳，或者反过来同太阳成垂直方向。在整个任务的众多挑战中，光帆的姿态控制是相当有难度的一关，没人知道它的稳定性能到底如何。控制人员只能用看不见的电波来遥控它对准阳光，一旦出现技术问题，“宇宙一号”就可能被阳光“吹”偏侧身，并从此迷失方向。

“伊卡洛斯”号计划

2009年末，日本宇航研究组织JAXA宣布将在2010年发射太阳帆飞船。同时，美国也表示同年要再次发射太阳帆飞船。此外，欧空局也宣布了自己的相关计划。可见太阳帆飞船的未来方兴未艾日本将在2010年发射的太阳帆飞船名叫“伊卡洛斯”号，“伊卡洛斯”号将随同“晓”号金星探测器，由H-2A运载火箭同时发射升空，并且同时飞往金星。“伊卡洛斯”号拥有一面对角线长度20米的方形帆，由聚酰亚胺树脂材料制成，厚度仅0.0075毫米。“伊卡洛斯”号在飞行中将不断旋转，依靠离心力使这面轻薄的太阳帆保持张力。按照计划，“伊卡洛斯”号将会花费几周的时间展开太阳帆，然后进行一系列加速和减速的试验，在经过半年旅行抵达金星轨道，将背对太阳开始进行为期三年的航行测试。

“伊卡洛斯”号

新华社东京2011年1月27日电（记者蓝建中）日本宇宙航空研究开发机构宣布，世界上第一艘依靠太阳能驱动的太空帆船“伊卡洛斯”号已成功完成全部实验项目，包括利用阳光实现加速和改变轨道等。“伊卡洛斯”号是随金星探测器“晓”号一起发射升空的。它已飞行了约5亿公里，并将继续飞行至2012年3月。“伊卡洛斯”号主要用于验证不使用燃料，利用太阳光粒子实现加速、减速和轨道控制的飞行技术。

据悉，“伊卡洛斯”号通过张开的太阳帆，借助光的微弱压力实现加速，并利用安装在太阳帆上的液晶元件，通过部分改变光的反射率来使帆倾斜，从而改变行进方向。宇宙航空研究开发机构表示，现在通信变得有些困难，但仍能控制这艘太空帆船，所以准备继续实验，通过加大帆的倾斜角度，使帆产生变形，以此调查帆的强度，同时观测太空中尘埃的分布状况。宇宙航空研究开发机构还透露，准备在2018年至2019年间发射前往木星的太空帆船。