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太阳帆飞船今首航理论速度超所有飞行器

归档日期:05-17       文本归类:发射上      文章编辑:爱尚语录

  今天,美俄科学家将向太空发射人类历史上第一艘太阳帆飞船———“宇宙一号”(Cosmos 1)。如果试验得到成功,人类探索太空也许将从此进入“太阳帆时代”。

  “宇宙一号”太阳帆飞船耗资400万美元,是美国一个由太空爱好者成立的国际私人组织“行星学会”、俄罗斯科学院和莫斯科拉沃奇金太空工业设计所花费数年时间联合建造。

  “宇宙一号”总重量为50公斤,由8片长度为15米左右的三角形聚酯薄膜帆板组成,帆板总面积达600平方米。每张帆板的厚度比普通的塑料垃圾袋还薄,但它们却坚硬异常,并且表面上涂满了反射物质。帆板就像直升机翼片一样,可以通过调整来改变飞行方向和速度。从理论上来说,当太阳光照射到帆板上后,帆板将反射出光子,而光子也会对太阳帆产生反作用力,推动零重力的太阳帆前行。因此,太阳帆的直径越大,获得的压力也越大,速度也将越快。

  今年以来,“宇宙一号”的发射日期被一再推迟,从最初的3月推迟到4月,再到5月底。而今天,如果一切顺利的话,“宇宙一号”将最终进入太空,并在其后几天内展开它优美的帆体。

  “宇宙一号”将以潜艇水下发射的独特形式开始它的航程。美俄科学家计划从一艘停靠在巴伦支海的俄罗斯核潜艇上将帆板折叠起来的“宇宙一号”发射升空,一枚在冷战时期设计用来攻击英美的前苏联火箭将用来执行这次发射任务。接着,俄罗斯科学家将采用第二项“冷战技术”———用将间谍卫星送入轨道的技术将“宇宙一号”送至离地球800公里处的理想轨道上,远离地球大气层的影响。

  地球上的科学家们将用几天的时间来检测飞船上的各个系统,高度控制发动机也将点火以保持其轨道的稳定。

  在所有准备工作就绪后,位于俄罗斯莫斯科的地面控制中心将发出指令,届时飞船将向桅杆充气,折叠的帆板会像花瓣一样展开,太阳帆飞船由此开始运行。

  按照理论推算,由于太空中没有任何阻力,在阳光微弱的压力推动下,“宇宙一号”太阳帆将会慢慢地以每秒约一毫米的速度加速移动。到第一天结束时,太阳帆的速度将增至每小时100英里;到第100天时,它的速度将达到每小时1万英里。如果“宇宙一号”能持续飞行3年,速度会提升到每小时10万英里,这是人类任何飞行器都没有达到过的高速,相当于人类的宇宙探测先驱“旅行者号”探测器飞行速度的3倍。如果用“宇宙一号”来探测冥王星的线年的时间里完成从地球到冥王星的旅程,而美国宇航局使用普通飞船探测冥王星的“地平线计划”预期需要的时间却是十多年。

  由于这一次的飞行仍旧是实验性的,所以“宇宙一号”的飞行时间也不会持续很长。在一个月内,聚酯薄膜的帆体就将在太空炽烈的阳光下逐渐降解,支撑帆体的桅杆强度也会弱化。到那时,“宇宙一号”的轨道高度很可能会逐渐减低,直到有一天落入地球大气层并化成一团火球。

  “行星学会”的执行总裁罗里斯·弗里德曼博士表示,日本曾实验过亚轨道飞行的太阳帆,而俄罗斯也在“和平”号国际空间站附近展开过太阳帆,但这两个国家的太阳帆都不能进行可控飞行。

  “行星学会”的执行总裁罗里斯·弗里德曼博士称:“将太阳帆送入轨道并成功展开,将具有里程碑般的意义。除此之外,如果太阳帆转向太阳,并向更高的轨道前进,哪怕我们测量到它的速度有一点点增加,都会是令人振奋的结果。”弗里德曼同时表示,太阳帆技术才刚刚起步。他说:“这次飞行仅仅是一次技术测试。一旦表明太阳帆的确可以在宇宙中航行,我们希望其他一些诸如美国宇航局和欧洲航天局之类的机构可以进行更深入的试验。”

  从太空旅行成为现实的那一天起,人类通往宇宙一直以来只有一种方式,那就是依靠火箭推进器。然而,太阳帆技术却为人类提供了另一种选择,并被科学家认为是人类太空船进行星际旅行的最大希望,因为它无须火箭燃料,只要有阳光存在的地方,它都会不断获得动力加速飞行。

  光是由细小的被称为光子的能量团组成的,太阳帆的工作原理,就是将照射过来的太阳光反射回去,由于力的作用是相互的,太阳帆将光子“推”回去的同时,光子也会对太阳帆产生反作用力。就是靠这种反作用力,飞船便被“推”着前进。专家说,阳光是一种取之不尽的能源,从这一点上来说,远距离的太空旅行中使用太阳帆比使用传统的火箭推进器要更胜一筹。

  在美国宇航局先进概念研究所专门研究光帆的朱布伦博士表示,如果设计合理,从理论上说,太阳帆的最高速度可以达到光速的2%(6000公里/秒),果真如此,星际航行将成为可能。届时,给这种宇宙飞船提供动力的将不是太阳,而是安装在卫星上的功率巨大的激光器。

  太阳帆的另一个优势是,它不需要燃料,也没有发动机,所以可以携带更多的科学仪器和货物。

  俄罗斯太阳帆计划的负责人维克托·库德里亚绍夫则表示:“太阳帆完全有能力让太空探测器获得超高飞行速度。这种太阳帆推进系统不但可用于行星际飞行,而且还可用于进行距离更长的恒星际飞行。当然,离太阳越远,获得的推力也会越小,但这并不是一个太大的问题。

  “宇宙一号”包含了人类将近一个世纪的梦想。据称,早在1921年,俄罗斯人康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基就提出了“光帆”的概念。而后,科幻小说家阿瑟·克拉克的小说《太阳帆船》则让这一概念深入人心。

  而对于“宇宙一号”的缔造者之一、“行星协会”执行总裁罗里斯·弗里德曼博士来说,他在太阳帆上投入了大半辈子的精力,并让这一梦想成真在即。

  弗里德曼曾在上世纪70年代负责为美国宇航局开发太阳帆。后来,他辞掉了美国宇航局的工作,并与著名天文学家卡尔·萨根一起成立了“行星学会”,这是世界上最大的非营利性民间太空探索组织。太阳帆和“宇宙一号”飞船就是“行星学会”的太空探索计划之一。

  上世纪90年代,一种超轻材料的研制成功使发射太阳帆飞船成为可能。在卡尔·萨根遗孀的捐赠及俄罗斯科学家罗纳德·萨格迪夫的协调下,每年都要进行洲际导弹发射测试的俄罗斯核潜艇部队同意以50万美元———比在美国发射便宜近百倍的低廉价格,让太阳帆搭上洲际导弹测试的便车。

  2001年,“行星学会”设计的第一个太阳帆在俄罗斯发射,但由于火箭未能产生足够的推力,太阳帆未能与助推器分离。第一次太阳帆飞船试验就这样以失败告终。

  今天将升空的“宇宙一号”飞船会携带一张刻有研制者信息的CD:“我们的祖先设计出利用风在海上航行的方法,由此开始了将我们人类转变成互相交流的生物的进程。这些古代探索者的名字我们已经无从考证,今天我们用‘宇宙一号’的首飞,纪念他们的勇气和天赋。

  我们在努力学习如何骑着我们的星星发出的光线,穿越无限的太空之洋,到达遥远的其他世界的彼岸。”

  在乔治·卢卡斯的《星战前传》中,杜库伯爵乘坐一艘张着大帆的星际飞船离开吉奥诺西斯星球,从克隆战争的风暴中逃脱。他乘座着这艘飞船来到科洛桑星球废弃的郊外,会见了他的黑暗面导师,达斯·西底亚斯。

  乔治·卢卡斯将它命名为吉奥诺西斯太阳帆船,这个奇特的、异形风格的交通工具正适于杜库伯爵谜一般的性格。

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