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2025年“電動帆”有望用于超高速航天器推進

2017-04-25
關鍵詞: 超高速航天器

  據space網站2015年11月9日報道,大約十年后,機器人航天器可能借助太陽風以前所未有的高速度開始星際飛行。研究人員正在開發一種“電動帆”推進系統,可以利用太陽質子流、電子等其它源自太陽的帶電粒子形成的太陽風,以1百萬英里每小時的速度飛行(160萬公里每小時)。

  “‘電動帆’在超深空探測領域的應用前景非常廣闊”,阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾航天飛行中心的約翰遜(Les Johnson)在10月30日舉辦的百年飛船研討會上提到了電動帆概念。約翰遜是太陽風層頂靜電高速運輸系統(HERTS)的聯合項目負責人,該電動帆研發項目迄今為止已經從美國航空航天局(NASA) “創新先進概念計劃”獲得了兩輪資助。

  約翰遜表示,未來電動帆航天器將裝備10~20根母線,每根母線長約0.6~12英里(1~20公里),直徑只有25微米(成人的頭發直徑約為50微米)。為了保持這些母線的緊繃狀態,探測器可能需要不停的旋轉。“這些母線上的高壓正偏壓方向垂直于太陽風流向,使太陽質子流偏斜,從而使金屬線產生反作用力,因此將航天器徑向推離太陽”,HERTS團隊在“創新先進概念計劃”網站上寫道,“在幾個月的時間里,這種微小的動力能夠將航天器加速到100~500公里每秒量級的極高速度”(大約20~30天文單位/年)。一個天文單位相當于從地球到太陽的距離,約為9300萬英里,或1.5億公里。迄今為止飛行距離最遠的人造航天器是NASA發射的"“旅行者”-1探測器,1977年升空以后已經飛行了134個天文單位 (2012年進入星際飛行后,“旅行者”-1開始使用額外的化學推進器。)

  電動帆類似于太陽帆技術,后者已經在太空中進行了演示。例如,兩者都不需要推進劑。但是太陽帆航天器利用太陽的輻射壓力,而不是太陽風;使用真正的高反光性材料帆,而不是帶電的母線。但是尚不清楚電動帆技術是否可行。電動帆探測器需要裝備一個叫做電子槍的設備,以保持母線攜帶正電荷 (否則,通過太陽風抵達的電子將破壞推進系統)。約翰遜說道,HERTS團隊的工作表明,太陽帆探測器失去動力以后,電動帆航天器可以繼續加速到達比太陽帆探測器能到達的更遠距離。因此,在十年之內,電動帆可以將探測器送到太陽風層頂,也就是太陽影響范圍的邊緣地帶,在那里太陽風可以接觸到星際介質。而利用太陽帆技術達到同樣距離需要二十年的時間。(中國航天系統科學與工程研究院)


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