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  • 1 # 陳啊啊啊呦

    太陽帆 定義:

    太陽帆(英文名:Solar sails)是利用太Sunny的光壓進行宇宙航行的一種航天器。由於這種推力很小,所以航天器不能從地面起飛,但在沒有空氣阻力存在的太空,這種小小的推力仍然能為有足夠帆面面積的太陽帆提供 10e-5~ 10e-3g左右的加速度。

    太陽帆的工作原理:

    光是由沒有靜態質量但有動量的光子構成的,當光子撞擊到光滑的平面上時,可以像從牆上反彈回來的乒乓球一樣改變運動方向,並給撞擊物體以相應的作用力。單個光子所產生的推力極其微小,在地球到太陽的距離上,光在一平方米帆面上產生的推力只有0.9達因,還不到一隻螞蟻的重量。

    如果太陽帆的直徑增至300米,其面積則為70686平方米,由光壓獲得的推力為0.034噸。根據理論計算,這一推力可使重約0.5噸的航天器在二百多天內飛抵火星。若太陽帆的直徑增至2000米,它獲得的1.5噸的推力就能把重約5噸的航天器送到太陽系以外。

    由於來自太陽的光線提供了無窮盡的能源,攜有大型太陽帆的航天器最終可以以每小時24萬公里的速度前進。這個速度要比當今以火箭推進的最快航天器快4—6倍。即比第二宇宙速度快6倍,比第三宇宙速度快4倍。太陽帆接受光壓的作用,它不僅可在需要時改變航天器的執行軌道,而且能不斷加速飛行。

    在炎炎的夏日下也感覺不到任何Sunny的壓力,是因為它實在微小,一平方公里面積上的Sunny壓力總共才9牛頓。但太空中執行的航天器處於失重狀態,又無空氣阻力,所以輕微的推力(太Sunny的壓力)就可以讓它加速,太陽帆靠的就是它的光帆——非常輕而薄的聚酯薄膜,它們堅硬異常,表面上塗滿了反射物質,使得它的反光性極佳,當太Sunny照射到帆板上後,帆板將反射出光子,而光子也會對光帆產生反作用力,推動飛船前行。因此,光帆的直徑越大,獲得的推力也越大,速度也將越快,改變帆板與太陽的傾角可以對速度進行調整。

    Sunny是不會枯竭,同火箭和太空梭迅速消耗完的燃料相比,太Sunny是無限的動力之源,只要有Sunny存在的地方,它會始終推動飛船前進,光帆將以每秒約1毫米的速度加速移動。如果把它當作真正的宇宙飛行器使用,那麼它在展開光帆1天后,按理論計算,它的時速將增加160公里,100天后飛船的時速將增加16000公里,如果它能持續飛行3年,速度會被提升到每小時16萬公里,這是人類任何飛行器都沒有達到過的速度,相當於人類的宇宙探測先驅“旅行者”號探測器飛行速度的3倍。如果用它來探測冥王星的話,可以在不到5年的時間裡達到,而最快的傳統飛船至少需要9年,美國宇航局使用普通飛船探測冥王星的“地平線計劃”預期需要的時間卻是十多年。

    太陽帆版應用方面:

    主要應用於衛星、軌道修正、星際飛行等。

    侷限性方面:

    如果軌道高度低於800km,太陽帆基本就沒有用武之地了,因為此時大氣阻力的影響比光壓要大許多。只有當軌道高度大於這個限度時,太陽帆才能在光壓的推動之下產生一個非常微小的加速度,透過數月的累積達到足夠的速度。太陽帆通常要做得很大,而載荷相比之下就非常小了。直到現在,太陽帆的展開依舊是一個不小的難題。

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