Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (旅行), 信区: Astronomy
标  题: 天文学家400年前的设想
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年06月10日17:01:05 星期二), 站内信件


　　著名天文学家开普勒在400年前就曾设想不要携带任何能源，仅仅依靠太阳光
能就可使宇宙帆船驰骋太空。但太阳帆飞船这一概念到20世纪20年代才明晰起来。
1924年，俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和其同事弗里德里希·灿
德尔明确提出“用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度”。
正是灿德尔首先提出了太阳帆——一种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想，成为
今天建造太阳帆的基础。

　　人们知道，光是由没有静态质量但有动量的光子构成的，当光子撞击到光滑的
平面上时，可以像从墙上反弹回来的乒乓球一样改变运动方向，并给撞击物体以相
应的作用力。单个光子所产生的推力极其微小，在地球到太阳的距离上，光在一平
方米帆面上产生的推力只有0．9达因，还不到一只蚂蚁的重量。因此，为了最大限
度地从阳光中获得加速度，太阳帆必须建得很大很轻，而且表面要十分光滑平整。
“宇宙”1号的太阳帆面积为530．93平方米，与光压获得的推力仅为255克。

　　如果太阳帆的直径增至300米，其面积则为70686平方米，由光压获得的推力为
0．034吨。根据理论计算，这一推理可使重约0．5吨的航天器在二百多天内飞抵火
星。若太阳帆的直径增至2000米，它获得的1．5吨的推力就能把重约5吨的航天器
送到太阳系以外。

　　由于来自太阳的光线提供了无穷尽的能源，携有大型太阳帆的航天器最终可以
以每小时24万公里的速度前进。这个速度要比当今以火箭推进的最快航天器快4—
6倍。即比第二宇宙速度快6倍，比第三宇宙速度快4倍。

　　理解这一点并不难。因为在太空中运行的航天器处于失重状态，又无空气阻力，
只要加少许力的作用，就会改变运动方向和速度。比如，发射静止轨道卫星时卫
星先进入大椭圆地球转移轨道，待其运行到赤道上空3．6万公里的最大高度时，遥
控指令启动星上远地点发动机工作，后者产生的推力仅为几十千克，却能使几吨重
的卫星移入静止轨道并到达预定位置。原因就是这后加的推力使卫星产生新的速度，
与原来的运动速度合成之后形成的最终速度为每秒3．075公里。太阳帆接受光压
的作用，它不仅可在需要时改变航天器的运行轨道，而且能不断加速飞行。

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