《電子技術(shù)應(yīng)用》
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2025年“電動(dòng)帆”有望用于超高速航天器推進(jìn)

2017-04-25
關(guān)鍵詞: 超高速航天器

  據(jù)space網(wǎng)站2015年11月9日?qǐng)?bào)道,大約十年后,機(jī)器人航天器可能借助太陽風(fēng)以前所未有的高速度開始星際飛行。研究人員正在開發(fā)一種“電動(dòng)帆”推進(jìn)系統(tǒng),可以利用太陽質(zhì)子流、電子等其它源自太陽的帶電粒子形成的太陽風(fēng),以1百萬英里每小時(shí)的速度飛行(160萬公里每小時(shí))。

  “‘電動(dòng)帆’在超深空探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊”,阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾航天飛行中心的約翰遜(Les Johnson)在10月30日舉辦的百年飛船研討會(huì)上提到了電動(dòng)帆概念。約翰遜是太陽風(fēng)層頂靜電高速運(yùn)輸系統(tǒng)(HERTS)的聯(lián)合項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,該電動(dòng)帆研發(fā)項(xiàng)目迄今為止已經(jīng)從美國航空航天局(NASA) “創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃”獲得了兩輪資助。

  約翰遜表示,未來電動(dòng)帆航天器將裝備10~20根母線,每根母線長(zhǎng)約0.6~12英里(1~20公里),直徑只有25微米(成人的頭發(fā)直徑約為50微米)。為了保持這些母線的緊繃狀態(tài),探測(cè)器可能需要不停的旋轉(zhuǎn)?!斑@些母線上的高壓正偏壓方向垂直于太陽風(fēng)流向,使太陽質(zhì)子流偏斜,從而使金屬線產(chǎn)生反作用力,因此將航天器徑向推離太陽”,HERTS團(tuán)隊(duì)在“創(chuàng)新先進(jìn)概念計(jì)劃”網(wǎng)站上寫道,“在幾個(gè)月的時(shí)間里,這種微小的動(dòng)力能夠?qū)⒑教炱骷铀俚?00~500公里每秒量級(jí)的極高速度”(大約20~30天文單位/年)。一個(gè)天文單位相當(dāng)于從地球到太陽的距離,約為9300萬英里,或1.5億公里。迄今為止飛行距離最遠(yuǎn)的人造航天器是NASA發(fā)射的"“旅行者”-1探測(cè)器,1977年升空以后已經(jīng)飛行了134個(gè)天文單位 (2012年進(jìn)入星際飛行后,“旅行者”-1開始使用額外的化學(xué)推進(jìn)器。)

  電動(dòng)帆類似于太陽帆技術(shù),后者已經(jīng)在太空中進(jìn)行了演示。例如,兩者都不需要推進(jìn)劑。但是太陽帆航天器利用太陽的輻射壓力,而不是太陽風(fēng);使用真正的高反光性材料帆,而不是帶電的母線。但是尚不清楚電動(dòng)帆技術(shù)是否可行。電動(dòng)帆探測(cè)器需要裝備一個(gè)叫做電子槍的設(shè)備,以保持母線攜帶正電荷 (否則,通過太陽風(fēng)抵達(dá)的電子將破壞推進(jìn)系統(tǒng))。約翰遜說道,HERTS團(tuán)隊(duì)的工作表明,太陽帆探測(cè)器失去動(dòng)力以后,電動(dòng)帆航天器可以繼續(xù)加速到達(dá)比太陽帆探測(cè)器能到達(dá)的更遠(yuǎn)距離。因此,在十年之內(nèi),電動(dòng)帆可以將探測(cè)器送到太陽風(fēng)層頂,也就是太陽影響范圍的邊緣地帶,在那里太陽風(fēng)可以接觸到星際介質(zhì)。而利用太陽帆技術(shù)達(dá)到同樣距離需要二十年的時(shí)間。(中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院)


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