太阳帆探测器何时能启航？

美国太空网最近报道了一个太阳帆探测器的成功部署。名为LightSail的太阳帆探测器属于立方体卫星，体积非常小，但它的帆面积非常大，达到344平方英尺，约32平方米。Lightail的主要任务是验证太阳帆技术的可行性，并为2016年的任务做准备，届时Lightail探测器将开始其实现星际太阳帆导航之旅的第二阶段。然而，在“光铁”任务中，有一个严重的失败。探测器发射后仅两天就坠毁了。探测器没有向地面发送数据信号，随后是八天的沉默。幸运的是，LightSail探测器成功地重启了机载计算机，飞行控制软件得到了升级，以满足任务要求。

光帆任务主要是验证太阳帆技术的可行性，并为2016年的任务做准备，届时光帆探测器将开始其旅程的第二阶段，以实现星际太阳帆导航。

飞太阳帆的原理

太阳帆实际上属于风帆航天器，不使用传统的火箭发动机，因此节省了大量的燃料空间，并能够携带足够的货物或仪器。太阳帆的工作原理很简单，就是利用阳光在帆面上产生的压力前进，俗称轻压。根据光的粒子性质，撞击帆面可以推动宇宙飞船前进，就像古代人在海上使用的帆一样，这也是“太阳帆”这个名字的由来。事实上，阳光的光压力可以通过几种常见的天体物理现象找到。例如，当彗星经过近日点附近时，大量的表面物质会蒸发。阳光粒子对彗星表面蒸发气体的影响将改变尾巴的方向。不管彗星离太阳是近还是远，尾巴的方向总是固定的，即远离太阳的方向。

太阳帆的工作原理很简单。它利用阳光对船帆表面的压力前进，通常被称为轻压力。

同样，太阳帆也利用光粒子的方向性来产生驱动力。每个轻粒子都有一定的动量，当轻粒子撞击太阳帆表面时，会产生反作用力。根据动量守恒定律，轻粒子的动量将转化为航天器的速度。然而，由于光粒子的质量非常小，即使光粒子以接近光速的速度运动，动量值也小得可怜。然而，如果大量的轻粒子撞击风帆表面，效果将会非常可观。太阳帆探测器利用这一原理产生向前推力。

日本“IKAROS”太阳帆航天器的飞行轨迹

太阳帆探测器遇到的技术瓶颈

20世纪20年代，太阳帆的概念被提出。当时，一位名叫齐奥尔科夫斯基的科学家认为，使用太阳帆可以在宇宙中航行。他是俄罗斯的顶尖科学家，也是世界上最著名的太空先驱。他为现代空间导航奠定了理论基础。太阳帆的概念已经发展了近一个世纪，并且已经发展到发射太阳帆探测器的工程验证阶段，至少已经超出了理论水平。在太阳帆探测器领域，日本宇宙航空研究开发机构应该处于领先地位。它的太阳帆航天器IKAROS号和金星探测器黎明号于2010年发射。从那以后，伊卡洛斯成为世界上第一个成功部署太空的太阳帆探测器。

伊卡洛斯号的帆面积为14平方米，厚度仅为7.5微米。

伊卡洛斯的成功离不开它的技术成熟。太阳能帆板探测器的关键在于帆板材料的研发。“伊卡洛斯”号上使用的帆由聚酰亚胺树脂制成，这尽可能降低了帆的质量。当然，这并不意味着聚酰亚胺树脂一旦制造出来就可以用于太阳帆的制造，还有许多工序要完成。这就像很容易制造一面镜子，但是制造望远镜需要另一次技术飞跃。太阳粒子的质量非常低。为了获得足够的加速度，一方面增加了帆面的面积，另一方面减小了航天器的质量。帆面积的增加也不是随机的。“伊卡洛斯”号的帆面积为14平方米，厚度仅为7.5微米。显然，需要足够的加工技术来将聚酰亚胺树脂材料加工到这一水平。