美國宇航局將向深空發(fā)射下一代太陽帆

每個人都知道太陽能在地球上是免費的，幾乎是無限的。在內(nèi)太陽系運行的航天器也是如此。但在太空中，太陽能做的不僅僅是提供電能;它還發(fā)出源源不斷的太陽風。

太陽帆可以利用這種風并為航天器提供推進力。美國宇航局即將測試一種新的太陽帆設(shè)計，可以使太陽帆更加有效。

太陽壓力彌漫在整個太陽系。它隨著距離的延長而減弱，但它是存在的。它影響所有航天器，包括衛(wèi)星。它極大地影響了持續(xù)時間較長的太空飛行。

一艘執(zhí)行任務(wù)的航天器火星在航行過程中，由于太陽壓力，它可能被迫偏離航線數(shù)千公里。壓力也會影響航天器的方向，它們旨在應(yīng)對它。

雖然這是一個障礙，但太陽壓力可以為我們帶來優(yōu)勢。

一些太陽帆航天器已經(jīng)發(fā)射和測試，首先是日本的伊卡洛斯2010年的航天器。伊卡洛斯證明，來自太陽的光子形式的輻射壓力可用于控制航天器。

最新的太陽帆航天器是行星學會的光帆 2，于 2019 年推出。LightSail 2 是一項成功的任務(wù)，歷時三年多。

與其他航天器相比，太陽帆航天器具有一些優(yōu)勢。他們的推進系統(tǒng)非常輕巧，永遠不會耗盡燃料。太陽帆航天器可以比其他航天器更便宜地執(zhí)行任務(wù)，并且可以持續(xù)更長時間，盡管它們有局限性。

太陽帆的概念現(xiàn)在被證明是可行的，但技術(shù)需要進步才能真正有效。太陽帆航天器的一個關(guān)鍵部分是它的吊桿。吊桿支撐帆材料;它們越輕越強，航天器的效率就越高。

雖然太陽帆比其他航天器輕得多，但吊桿的重量仍然是一個障礙。

美國宇航局即將推出一種新的太陽帆設(shè)計，具有更好的支撐結(jié)構(gòu)。稱為先進的復合材料太陽能帆系統(tǒng)（ACS3），它比以前的動臂設(shè)計更硬、更輕。它由碳纖維和柔性聚合物制成。

雖然太陽帆有很多優(yōu)點，但它們也有一個關(guān)鍵的缺點。它們以小包的形式推出，在開始工作之前必須展開。這項行動可能充滿困難，并給可憐的地勤人員帶來壓力，他們不得不等待和觀察是否成功。

ACS3 將與 NanoAvionics 建造的 12 單元 （12U） CubeSat 一起發(fā)射。主要目標是展示吊桿部署，但ACS3團隊也希望該任務(wù)能夠證明他們的太陽帆航天器有效。

為了改變方向，航天器調(diào)整帆的角度。如果吊桿部署成功，ACS3團隊希望與航天器進行一些機動，調(diào)整帆的角度并改變航天器的軌道。目標是建造更大的帆，可以產(chǎn)生更大的推力。

ACS3 動臂設(shè)計旨在克服動臂的問題：它們要么又重又薄，要么又輕又笨重。

美國宇航局的濟慈·威爾基（Keats Wilkie）說：“吊桿往往是沉重的金屬材料，或者由輕質(zhì)復合材料制成，設(shè)計笨重 - 這兩種方法都不適合今天的小型航天器。Wilke是蘭利研究中心的ACS3首席研究員。

“太陽帆需要非常大、穩(wěn)定、輕便的吊桿，可以緊湊地折疊起來。這種帆的吊桿是管狀的，可以壓扁并像卷尺一樣卷成一個小包裝，同時提供復合材料的所有優(yōu)點，例如在溫度變化期間減少彎曲和彎曲。

ACS3 將在電子來自新西蘭火箭實驗室發(fā)射場的火箭。它將前往地球上空1000公里（600英里）的太陽同步軌道。

一旦它到達，航天器將展開它的吊桿并展開它的帆。展開帆大約需要 25 分鐘，光子收集面積為 80 平方米，約合 860 平方英尺。這比 LightSail 2 大得多，后者的帆面積為 32 平方米或約 340 平方英尺。

當它展開時，航天器上的攝像頭將觀察和監(jiān)控形狀和對稱性。演習數(shù)據(jù)將用于未來的帆設(shè)計。

“七米長的可展開吊桿可以卷成適合你手的形狀，”美國宇航局艾姆斯研究中心的首席系統(tǒng)工程師艾倫·羅德斯說?！跋Ｍ@艘航天器上驗證的新技術(shù)將激勵其他人以我們甚至沒有考慮過的方式使用它們。

ACS3是美國宇航局小型航天器技術(shù)計劃的一部分。該計劃旨在部署快速展示獨特能力的小型任務(wù)。

ACS3 系統(tǒng)采用獨特的復合材料和碳纖維吊桿，可支撐 2,000 平方米（約 21,500 平方英尺）的風帆。這大約是足球場面積的一半。（或者，正如我們的英國朋友錯誤地稱呼它的那樣，是一個足球場。

有了大帆，它們可以推動的任務(wù)類型就會發(fā)生變化。雖然到目前為止，太陽帆一直是小型示范模型，但該系統(tǒng)有可能為一些嚴肅的科學任務(wù)提供動力。

“太陽將繼續(xù)燃燒數(shù)十億年，因此我們有無限的推進力來源。與其為未來的任務(wù)發(fā)射巨大的油箱，不如使用現(xiàn)有的“燃料”發(fā)射更大的帆，“羅茲說。

“我們將展示一個系統(tǒng)，利用這種豐富的資源在探索和科學方面邁出下一步。

太陽帆航天器沒有化學或電力推進系統(tǒng)所具有的瞬時推力。但推力是恒定的，從未真正動搖過。

他們可以做其他航天器難以做的事情，例如占據(jù)獨特的位置，使他們能夠研究太陽。它們可以作為日冕物質(zhì)拋射的早期預(yù)警系統(tǒng)，以及太陽風暴，這會造成危險。

新型復合材料吊臂還有其他應(yīng)用。由于它們非常輕巧、堅固和緊湊，它們可以作為月球和火星棲息地的結(jié)構(gòu)框架。

它們還可用于支持其他結(jié)構(gòu)，如通信系統(tǒng)。如果系統(tǒng)正常工作，誰知道它還能提供哪些其他應(yīng)用程序？

“這項技術(shù)激發(fā)了想象力，重新構(gòu)想了航行的整個想法并將其應(yīng)用于太空旅行，”美國宇航局艾姆斯太陽帆任務(wù)項目經(jīng)理Rudy Aquilina說。

“展示太陽帆和輕質(zhì)復合材料吊桿的能力是利用這項技術(shù)激發(fā)未來任務(wù)的下一步。

本文最初發(fā)表于今天的宇宙.閱讀原文.

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