“E-Sail”把航天器送往太阳系边缘只需10年

“电子风帆”艺术效果图

美国国家航空航天局的科学家最近公布了一种新的推进系统——电子帆(E-Sail)的细节，这种系统可以与太阳释放的粒子相互作用来产生推力，从而使航天器达到前所未有的速度。与由“太阳帆”提供动力的宇宙飞船(太阳能电池板动力)相比，它将大大缩短将宇宙飞船送入星际空间的时间。

研究人员称，该系统可以在大约10年内将宇宙飞船送到太阳系边缘，太阳风顶层。在同样的距离上，“旅行者”号飞船花了35年时间。研究人员希望在2020年左右测试“电子帆”系统。

利用太阳风前进

“电子帆”概念的全称是“太阳风顶部静电快速传输系统的电子帆”，它不使用内置推进剂，而是使用太阳风作为推进动力。

“电子帆”由一个缓慢旋转的宇宙飞船和10到20根带电的铝线组成。尽管这些铝线直径只有1毫米，但它们的长度约为12.5英里。马歇尔高级概念办公室和“电子帆”项目首席研究员布鲁斯·魏格曼在接受英国广播公司采访时解释道:“电子帆”将使用一些质子来推动航天器前进。太阳以400至750公里/秒的高速向太阳风释放带正电的质子和电子。这些带正电的电线排斥太阳风中带正电的质子，从而推动航天器前进。”

目前，研究人员正在马歇尔太空飞行中心进行相关测试，测试将持续两年多。这些测试将确定被导线排斥的质子数和被导线吸引的电子数。工程师们还将进行等离子体测试，并为“电子帆”的进一步研究和开发改进数据模型。

魏格曼说:“我们正试图证明这项技术，并希望在20世纪20年代早期用它来完成任务。我们还在研究物理学原理，以阐明太阳风将产生多大的推力。”

据报道，这一概念是基于芬兰气象研究所的佩卡·朱恩博希的发明，但研究人员表示，这一概念在许多领域仍需改进，可能至少需要10年才能付诸实践。

衰老的优势更加突出

随着航程的推进，“电子帆”的有效面积将继续增加:当航程为一个天文单位(天文单位，地球和太阳之间的平均距离约为9300万英里)时，其有效面积为232平方英里；但是当距离达到5个天文单位时，有效面积将超过463英里。

有效面积的增加将使“电子帆”比其他推进系统有更远的加速距离。例如，当太阳帆航天器飞到小行星带(范围是5个天文单位)时，太阳质子的能量将开始消散，导致加速度停止。魏格曼解释道:“然而，太阳风中的质子不会消散。随着质子流不断流动，有效面积不断增加，“电子帆”可以继续加速到16到20个天文单位，这也可以产生更快的速度

2012年，美国宇航局的旅行者1号在35年内穿越了121个天文单位，成为第一个通过太阳风顶层进入星际空间的航天器。用这种新方法，飞船只需三分之一的时间就能完成同样的旅程。魏格曼说:“我们可以执行与航海家1号相同的任务，但只需要10年或12年。有了这个系统，我们可以在5到6年内到达冥王星，这是目前黎明号探测器所需时间的一半。到达木星需要两年时间，最近宇宙中的超级“净红”朱诺探测器花了五年时间才进入木星的怀抱

灵活多样

研究人员表示，尽管最新的研究旨在将航天器送上太阳风的顶端，但它也可以用来探测太阳系中的天体。“随着我们对这一概念体系的研究不断深入，我们越来越发现这种方法不仅灵活，而且有着广泛的应用。设计者可以根据他们旅行的距离来调整电线的长度、数量和电压，不管他们是去太阳系的行星、系外行星还是太阳风的顶层。”