“电动帆”带你去太空旅行

   “电动帆”概念的开发与测试，由美国宇航局航天技术任务理事会通过美国宇航局创新先进概念项　目　(NIAC)　提供研发资金，NIAC鼓励从根本上改变未来太空探索前景的有远见的太空探索新想法。NIAC项目研究的是有一天将“创造一切可能”的创新型、技术可靠的先进概念。

    被列为2015年二期NIAC计划的HERTS研究项目，获得了追加的50万美元，用于电动帆的进一步测试工作。“电动帆”驱动技术有望改变人类的日球层顶之旅，以及整个太阳系范围内的太空探索之路。

    ■方陵生　编译

    “电动帆”的测试工作，已在阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心正式开始。这是一个有可能给太空旅行带来革命性变化的推进系统，以电动帆为动力的航天器，将可利用太阳风，以前所未有的速度飞抵太阳系边缘，探索日球层顶和太阳系外层。

    测试结果将为名为“日球层顶静电快速运输系统”(HERTS)　的项目提供建模数据，HERTS“电动帆”，是一个可节省燃料的推进系统，是利用太阳风进入星际空间的创新概念。

    “太阳以每秒400到750公里的高速向太阳风释放大量质子和电子。”马歇尔先进概念办公室工程师、HERTS“电动帆”项目首席研究员布鲁斯？威格曼介绍说，“航天器将利用这些质子来推动飞船。”

    从飞船中心向外延伸出的10至20根带电裸铝缆线，形成一个巨大的圆形电动帆，电动帆通过静电排斥作用，让太阳风中快速移动的质子与带正电的缆线产生动量交换，成为航天器飞行的推力。每根缆线都极细，只有1毫米，只相当于普通回形针的宽度，但很长，长约20公里，长度距离几乎可覆盖219个足球场，随着航天器每小时缓慢旋转一周，离心力将电缆线向外伸展绷紧。

    测试在模拟高强度太阳能环境测试系统中进行，用以检测质子与带电导线的正电子碰撞的速度。检测结果将提供更准确的建模数据，应用于未来飞船技术的发展。获得的信息还将被用于制定所需电子枪　(电子发射器)　的技术参数，航天器排出的多余电子用于维持导线的正电压偏差，电压偏差是推进系统运行的关键。

    这一概念建立在芬兰气象研究所皮卡？简胡尼恩博士发明的电动帆基础之上，但其飞船推进系统目前还处于一个较低的技术水平。在为期2年的等离子体测试、建模和缆线部署的研究完成之后，设计和构建这种新型推进系统仍然还有大量的工作要做，这一技术的实际应用可能至少还需要10年时间。

    HERTS“电动帆”概念研究是对美国国家科学院2012年“太阳物理学10年调查”项目的响应。“太阳物理学10年调查”是由美国宇航局、工业产业、学术界和政府机构的专家联合进行的一项研究，目的是为了开发对于未来日球层探索至为关键的先进推进系统。这项调查提出了太阳物理学2013-2022年的研究重点，强调了开发先进推进系统的必要性，这一概念导致产生的技术有可能让我们用比以前快得多的速度抵达太阳系边缘。

    进入深太空的科学探测器，要确保电动帆有一个较大的有效面积。太空之行的旅程通常以天文单位AU来衡量，1AU之内，电动帆约需要590平方公里的有效面积，只比芝加哥城略小一点，航程达到5AU，有效面积就要增加到1185平方公里以上，相当于洛杉矶城市的大小。

    更大面积可产生比其他推进技术更长的持续加速时间。例如，以太阳帆为动力的航天器抵达5AU远的小行星带时，太阳光子能量消散，加速度停止。但威格曼相信，电动帆在航行到比这更长的距离时仍可继续加速。

    “利用太阳风质子没有后顾之忧，连续的质子流，以及电动帆的超大面积，可令航天器在16-20AU的太空航程内仍可继续加速。”威格曼说。

    2012年，NASA的“旅行者1号”成为穿过太阳风层顶进入星际空间的第一个航天器。1977年发射进入太空的“旅行者1号”，在太空中航行121AU花了近35年；HERTS计划开发的电动帆，相同旅程所需时间有望缩短到原来的三分之一不到。

    “以电动帆为动力的星际探测器可在不到10年时间里抵达太阳风层顶，这将给太空探索带来革命性的变化。”他说。

    “HERTS团队认为，越来越明显的是，这一概念设计灵活且适应性强。”威格曼说道，“任务执行者和航天器设计者可以在缆线长度和数量与电压水平之间做出权衡，以适应内行星、外行星或日球层顶航行等各种实际需求，电子帆拥有很强的可伸缩性。”