太阳帆利用阳光的压力推动航天器。伦敦帝国理工学院工程师最近的一项研究表明，这项技术可以在未来几十年内将载人或无人任务发送到太阳系边缘。这项工作评估了已经测试的原型的进展以及必要的后续步骤。
这个概念已经存在了几个世纪。古代船只利用的是风。在太空中，这个想法将原理应用于光子。几个任务演示了基本操作。现在研究人员正在测量更远距离的真正潜力。
任务证明了光推进原理
日本于2010年发射了IKAROS。该航天器到达金星并确认了太阳帆的加速作用。该任务测试了液晶材料和姿态控制。
行星协会于 2019 年发射了 LightSail 2。立方体卫星仅利用太阳压力改变了其绕地球轨道。该操作持续了三年多，直到 2022 年重新进入大气层。这些实验消除了对该技术基本可行性的怀疑。
- IKAROS 展示了 200 平方米帆的星际导航。
- LightSail 2 具有 32 平方米的帆，在近地环境中控制轨道。
- 两次任务都使用了轻质材料和可折叠支撑结构。
- 测试证实无需化学推进剂即可产生连续加速。
帝国理工学院研究确定了太阳系边缘的最后期限
Debdut Sengupta 及其同事发表了对太阳帆现状的分析。这项工作将现有的情况与到达日球层顶的任务的要求进行了比较。
他们得出的结论是，如果发展足够，船舶可以在 10 或 20 年内到达太阳系边缘。重点是更大、更耐热的帆和改进的控制系统。森古塔认为这些想法是技术性的，但可以通过资金和重点工程来实现。
由帝国理工学院学生领导的 Svarog 等项目为星际空间准备了带帆的立方体卫星。高度测试和轨道模拟已经进行。目标是将第一个民用物体送出太阳系。
技术挑战集中在材料和可扩展性上
帆需要很宽但又很轻。光子压力很弱。因此，表面积必须有效补偿。
工程师开发出更能抵抗极端温度和辐射的膜。称为吊杆的支撑结构必须在真空中展开而不会出现故障。姿态控制需要精确地引导力量。
- 目前的材料支持演示飞行，但需要升级才能执行长期任务。
- 模拟评估太阳附近的热应力以获得速度增益。
- 与薄型太阳能电池板集成可为机载仪器供电。
- 实验室测试和亚轨道飞行完善了自动部署。
应用范围从外行星到星际概念
前往木星或土星的任务可以减少旅行时间。蜡烛可以节省大量燃料。这为科学有效载荷释放了质量。
更雄心勃勃的提案目标是 100 个 AU 或更多。一些人正在研究使用地面或太阳激光来获得更大的初始脉冲。森古普塔的研究将当前现实的情况与需要数十年研究的情况区分开来。
载人船舶代表着更大的挑战。辐射防护、补给品和生命维持系统增加了质量。蜡烛仍然提供了一种不完全依赖化学火箭的前进方式。
下一步取决于资金和国际合作
航天机构和私人团体计划进行更大规模的演示。美国宇航局正在准备诸如太阳巡洋舰之类的任务。大学和公司并行测试组件。
人们的共识是技术发展很快。概念验证飞行已经存在。下一次飞跃需要完全融入作战任务。
研究人员强调，现在是有利的时机。轻质材料和计算的进步可以在发射前进行准确的模拟。结果可能会为深度勘探开辟更便宜、更可持续的路线。