光帆入軌

當第一個太陽帆“宇宙1號”升空時,NASA在場邊觀望

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這種材料閃閃發光,皺巴巴的,看起來更像是用來包裹冷凍食品的,而不是提供一種新的太空旅行方式。鍍鋁的聚酯薄膜反射陽光,從而從反衝的光子中獲得一點推動力。理論上,大片的薄膜可以充當太陽帆,隨著時間的推移,其速度將超過每秒100公里,遠快於化學火箭。

第一個太陽帆,名為“宇宙1號”,將於2004年初進行測試飛行。這種前往行星甚至可能前往恆星的革命性旅行方式的展示,似乎是NASA的自然活動,該機構每年花費數百萬美元研究先進的推進系統。然而,在這種情況下,該航天機構選擇做一個旁觀者。

“宇宙1號”的成功飛行將標誌著行星學會(一個太空興趣團體)和娛樂媒體公司Cosmos Studios三年努力的頂峰[參見《在陽光下航行》,新聞掃描,《大眾科學》,2001年7月]。這兩個組織都可以追溯到已故的卡爾·薩根,他們利用與俄羅斯太空官員和工程師的聯絡。他們聘請了莫斯科的巴巴金航天中心作為“宇宙1號”的主要承包商,其成本為400萬美元,在太空旅行領域算是便宜的。“宇宙1號”由八個三角形的聚酯薄膜面板組成,長14米,伸展在充氣的桁條上。目標是讓“宇宙1號”乘坐從俄羅斯潛艇發射的改裝彈道導彈升空。一旦進入軌道,飛船將為桁條充氣以展開帆。面板將像花瓣一樣展開,覆蓋約600平方米。然後,陽光應該推動帆,將“宇宙1號”從最初的800公里高度提升到更高的軌道。

行星學會執行主任路易斯·D·弗裡德曼認為,俄羅斯的參與可能是NASA退縮的原因之一。非正式討論曾表示,NASA會提供帆的材料,這種材料更堅固,厚度為2.5微米,是俄羅斯正在使用的薄膜厚度(因此重量也只有一半)的一半。“我們會免費獲得它,併為他們測試它,”弗裡德曼說。但NASA管理層從未批准。他推測,官僚主義可能是一個問題,“高層擔心私營公司與俄羅斯人合作進行潛艇發射”。無論如何,嚴格的規定約束著NASA與其它國家合作的緊密程度,加利福尼亞州帕薩迪納市噴氣推進實驗室的NASA太陽帆首席工程師霍皮·普萊斯表示。“NASA可能擔心技術轉讓,”他指出。此外,太陽帆可能會提供美國不願分享的軍事優勢。例如,一項擬議的應用是讓太陽帆懸停在兩極上空,為地球通訊匱乏的地區提供有價值的上行鏈路。


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然而,風險可能是NASA不參與的主要原因。該機構因關於哥倫比亞號災難的嚴厲報告以及1999年兩艘火星飛船的損失而遭受打擊,該機構“不能以宇宙1號團隊正在承擔的風險程度來花費納稅人的錢”,目前在噴氣推進實驗室協調太陽帆工作的尼爾·墨菲指出。到處都有很多陷阱。“人們擔心的是超薄材料在數十米的範圍內會發生什麼,”弗裡德曼說,他指出,工程師們沒有辦法在地球上很好地測試材料在零重力環境下的行為。“你可以想象各種各樣的問題——拿起保鮮膜揮舞一下,”他舉例說。撕裂、飄動和下垂都會破壞帆反射光子的能力。

墨菲解釋說,NASA還希望太陽帆的發射具有科學目標,以改進模型並計劃下一次任務。“宇宙1號”主要是一次演示,其元件不適合長期航行。例如,充氣的桁條由於不可避免的微隕石撞擊,不會長時間保持剛性。

NASA正在研發一種更先進的太陽帆飛行器,可能配置為四個正方形面板,但至少還需要幾年才能準備就緒。這使得私人組織的“宇宙1號”成為唯一的參與者,而NASA的工程師們則在觀眾席上為之歡呼。

Philip Yam is the managing editor of ScientificAmerican.com, responsible for the overall news content online. He began working at the magazine in 1989, first as a copyeditor and then as a features editor specializing in physics. He is the author of The Pathological Protein: Mad Cow, Chronic Wasting and Other Prion Diseases.

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