依靠風帆作為航船推進的動力,這種方式自古有之,但你聽說過利用帆來驅動的宇宙飛船嗎?
早在400多年前,德國天文學家開普勒就曾提出這個設想,希望製造一種僅依靠太陽光作為動力就可邀遊太空的“宇宙帆船”。19世紀法國科幻作家凡爾納在《從地球到月球》一書中也曾提出“太陽帆飛船”。
但直到20世紀,科學家們認識到太陽光是由具有一定動量的光子組成的,速度達30萬km/s,當這些光子撞擊到物體時便能產生反作用力。盡管這種力量極其微小,每平方米的推力甚至還不如一隻螞蟻的力量大,但隻要“帆”的麵積足夠大,飛船就可像帆船借助風力推進一樣,借助太陽光的推力前進。
從20世紀60年代開始,美國、俄羅斯以及歐洲和日本的航天科學家開始研究如何利用太陽光粒子使其成為宇宙飛船的動力。傳統的運載火箭依靠其攜帶的化學燃料通過燃燒時所產生的衝力來推動航天器飛行,但火箭發動機僅燃燒幾分鍾,以後航天器完全靠慣性飛行或借助行星的引力加速,而太陽帆飛船盡管開始時速度很慢,但太陽光對帆的推動會一直持續下去,最終使飛船達到非常高的速度。通過改變帆相對於陽光的角度,可以控製太陽帆飛船的航行速度,或令其改變飛行方向。
為了最大限度地從陽光中獲得加速度,太陽帆必須造得很大很輕,而且表麵要光滑如鏡,以便將陽光盡可能全部反射出去,增大飛船的推力。根據理論計算,如果帆的麵積為60萬m2,可獲得的速度增量是1mm/s,1天後太陽帆的速度就可達到310km/h,12天後達到3700km/h,100天後達到1.6萬km/h,1年後便可加速到5.8萬km/h。按照這樣的速度,飛船不出5年就能到達冥王星。而美國目前航行速度最快的“新地平線號”飛船,需要9年多時間才能到達那裏。1977年發射的“旅行者號”飛船花了27年時間才飛到太陽係的邊緣處,而太陽帆飛船不出10年便會趕上它。
實際上在太陽係中航行,離太陽越遠,光線就越弱。一旦飛船飛出木星軌道以外,陽光便無法再為飛船提供加速的動力。一些科學家提議,飛船上可自備激光裝置,用激光推動太空帆前進。利用這種方法,太空帆飛船到達距離地球最近的恒星半人馬座(距離地球4.3光年)隻需數十年,而普通飛船需要花8萬年才能到達那裏。