2025年“电动帆”有望用于超高速航天器推进
2017-04-25
据space网站2015年11月9日报道,大约十年后,机器人航天器可能借助太阳风以前所未有的高速度开始星际飞行。研究人员正在开发一种“电动帆”推进系统,可以利用太阳质子流、电子等其它源自太阳的带电粒子形成的太阳风,以1百万英里每小时的速度飞行(160万公里每小时)。
“‘电动帆’在超深空探测领域的应用前景非常广阔”,阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔航天飞行中心的约翰逊(Les Johnson)在10月30日举办的百年飞船研讨会上提到了电动帆概念。约翰逊是太阳风层顶静电高速运输系统(HERTS)的联合项目负责人,该电动帆研发项目迄今为止已经从美国航空航天局(NASA) “创新先进概念计划”获得了两轮资助。
约翰逊表示,未来电动帆航天器将装备10~20根母线,每根母线长约0.6~12英里(1~20公里),直径只有25微米(成人的头发直径约为50微米)。为了保持这些母线的紧绷状态,探测器可能需要不停的旋转。“这些母线上的高压正偏压方向垂直于太阳风流向,使太阳质子流偏斜,从而使金属线产生反作用力,因此将航天器径向推离太阳”,HERTS团队在“创新先进概念计划”网站上写道,“在几个月的时间里,这种微小的动力能够将航天器加速到100~500公里每秒量级的极高速度”(大约20~30天文单位/年)。一个天文单位相当于从地球到太阳的距离,约为9300万英里,或1.5亿公里。迄今为止飞行距离最远的人造航天器是NASA发射的"“旅行者”-1探测器,1977年升空以后已经飞行了134个天文单位 (2012年进入星际飞行后,“旅行者”-1开始使用额外的化学推进器。)
电动帆类似于太阳帆技术,后者已经在太空中进行了演示。例如,两者都不需要推进剂。但是太阳帆航天器利用太阳的辐射压力,而不是太阳风;使用真正的高反光性材料帆,而不是带电的母线。但是尚不清楚电动帆技术是否可行。电动帆探测器需要装备一个叫做电子枪的设备,以保持母线携带正电荷 (否则,通过太阳风抵达的电子将破坏推进系统)。约翰逊说道,HERTS团队的工作表明,太阳帆探测器失去动力以后,电动帆航天器可以继续加速到达比太阳帆探测器能到达的更远距离。因此,在十年之内,电动帆可以将探测器送到太阳风层顶,也就是太阳影响范围的边缘地带,在那里太阳风可以接触到星际介质。而利用太阳帆技术达到同样距离需要二十年的时间。(中国航天系统科学与工程研究院)