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NASA研发推进系统:太阳能电子帆为航天器插上"翅膀"
2016-12-13 09:41:26   来源:新浪科技   作者:张龙采编  点击:

  北京时间7月27日消息,据国外媒体报道,NASA的工程师们近日公布了一项激进的推进系统的新细节。该系统或将大大缩短星际旅行的飞行时间。该系统将与太阳释放的粒子发生反应,通过与光子相斥,为飞船提供飞行动力,并让飞船以前所未有的高速运行。


  研究人员表示,利用该系统,航天器只需十年时间便能抵达太阳风顶层,而“旅行者”探测器足足用了35年时间才走完了这段路程。他们希望能在2020年之前对该系统展开测试。


  “我们能在10年、或12年之内就完成旅行者号此前执行的任务。”NASA马歇尔先进概念办公室的工程师、太阳能电子帆(E-Sail)项目的首席调查员布鲁斯·韦格曼(Bruce Wiegmann)说道。“我们只用五六年时间就能抵达冥王星,只用两年就能抵达木星。”


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  他们提出的概念名叫“太阳风顶层静电快速传输系统(Heliopause Electrostatic Rapid Transit System,简称Herts)太阳能电子帆项目”。太阳能电子帆不需要内置推进剂,而是由太阳风进行推动,最终到达太阳风顶层,也就是太阳系的边缘。


  一艘缓缓旋转的航天器将采用10至20根带电的铝线,打造出一张巨大的“太阳能电子帆”。“我们将把这些又长又细的铝线接在缓慢旋转的航天器外面,并让它们带上正电荷。带正电荷的铝线将与太阳风中带正电荷的离子相斥,从而把飞船向前推去。这就像我们在学校里玩的磁铁一样,磁铁是会同性相斥的。”


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  每根铝线的直径只有1毫米,但长度足足有12.5英里(约合20公里),差不多相当于219个足球场的长度。太阳能电子帆将与太阳风中的光子相斥,为飞船提供前进的动力。“太阳风中光子和电子的运动速度非常快,可以达到每秒400至750公里。”布鲁斯·韦格曼说道,“太阳能电子帆将利用这些光子推动飞船向前运行。”


  NASA马歇尔航天飞行中心的研究人员们已经开始了相关测试,这将会持续两年多时间。他们需要确定有多少光子会与铝线相斥,又有多少电子会与铝线相吸。工程师们还会开展等离子体测试,并改进数据模型,用于太阳能电子帆的进一步研发。不过,专家称该计划存在一定的问题。


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  “我们正在努力改进这一技术。”韦格曼说道,“我们还在学习相关的物理知识,以便计算太阳风能够提供多大的推力。”


  这一构想建立在芬兰气象研究所的佩卡·詹胡南博士(Dr Pekka Janhunen)的发明的基础之上,但研究人员称,还有大量工作尚待完成,也许要再过10年,这一计划才能投入实际使用中。


  随着航天器飞行得越来越远,太阳能电子帆的有效区域将不断增加。在距离为1天文单位时,有效区域约为232平方英里(约合600平方公里),而当距离为5天文单位时,有效区域就将超过463平方英里(约合1199平方公里)。


  通常来说,当使用太阳帆的航天器到达5天文单位处的小行星带时,太阳光子的能量就会消失,导致航天器无法继续加速。但研究人员认为,太阳能电子帆在过了这一节点之后,仍能继续加速前进。


  “我们不需要为太阳风中的光子担心,”韦格曼说道,“光子的供应源源不断,再加上有效面积不断增加,太阳能电子帆将继续加速前进,到达16至20个天文单位处,这至少是太阳帆航天器运行距离的三倍。此外,太阳能电子帆航天器的速度也要快得多。”


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  NASA的旅行者1号于2012年抵达了太阳能风顶层,此时离它踏上征程已经过去了将近35年时间。而利用这种新方法,航天器抵达太阳能风顶层的时间将缩短为原来的三分之一不到。“我们的研究显示,由太阳能电子帆驱动的星际探测器只需不到10年时间就能抵达太阳能风顶层。”韦格曼指出,“这将使这一类任务的科学收益产生革命性的变化。“


  虽然这一技术适合用来把航天器带到太阳能风顶层,但研究人员表示,它也可以用来开展太阳能内部的探索任务。“我们在研究这一构想时,可以清晰地发现,该技术的灵活性和适应性很强。”韦格曼说道。“航天任务和航天器设计师们可以根据自己的不同需求改变铝线的长度、数量和电压水平。太阳能电子帆是非常灵活的。”

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