□ 本刊記者 陳彩連

問(wèn)：什么是太陽(yáng)帆？

答：所謂太陽(yáng)帆，就是一個(gè)在太空展開(kāi)的面積很大、表面平整、光滑、無(wú)斑點(diǎn)和皺紋的薄膜，薄膜一般由聚酯或聚酰亞胺等高分子材料制成，表面鍍鋁或銀，使其具有全反射的特性。

問(wèn)：太陽(yáng)帆是如何獲得動(dòng)力的？

答：太陽(yáng)光傳送光和熱，照到人身上，人會(huì)感到暖洋洋的，但從來(lái)也沒(méi)有人感覺(jué)到太陽(yáng)光有壓力。實(shí)際上，太陽(yáng)光是有壓力的，因?yàn)楣饩哂袃芍匦?，既是電磁波，又是粒子——光子。光線實(shí)際上是光子流，當(dāng)光子流受到物體阻擋時(shí)，光子就撞到該物體上，就像空氣分子撞到物體上一樣，它的動(dòng)能就轉(zhuǎn)化成對(duì)物體的壓力。

“伊卡洛斯”奔向金星示意圖

不過(guò)，太陽(yáng)光產(chǎn)生的壓力——光壓是非常非常小的。不僅人感受不到，就連普通的儀器也測(cè)不出來(lái)。在地球附近，太陽(yáng)光照射到一個(gè)平整、光亮、能完全反射光的表面時(shí)，產(chǎn)生的壓力最大，大約是9×10－6牛/平方米，也就是說(shuō)1000平方米平整光亮的面積上才受到9毫牛的壓力，只相當(dāng)于一個(gè)2分硬幣的重量。在地面上，由于重力、大氣壓力、空氣阻力、摩擦力等力的存在，微乎其微的太陽(yáng)光壓力被淹沒(méi)在這些宏觀力的汪洋大海之中，顯現(xiàn)不出。

“伊卡洛斯”太陽(yáng)帆帆面結(jié)構(gòu)

“山中無(wú)老虎，猴子稱大王。”到了太空中，重力、大氣壓力、空氣阻力、摩擦力等幾乎完全消失，太陽(yáng)光壓才有了出頭之日。一些具有創(chuàng)新思維的人開(kāi)始想到利用太陽(yáng)光壓來(lái)推動(dòng)航天器在太空飛行。早在上一世紀(jì)初，俄羅斯宇航理論先驅(qū)齊奧爾科夫斯基就提出過(guò)這一大膽的設(shè)想。以后，又有不少科學(xué)家進(jìn)行過(guò)研究。然而，只有當(dāng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天的水平，在有強(qiáng)大的火箭把航天器送入太空的條件下，利用太陽(yáng)光作為航天推進(jìn)力才有了實(shí)現(xiàn)的可能。

問(wèn)：太陽(yáng)能夠提供的動(dòng)力足以維持航天器的運(yùn)行嗎？

答：太陽(yáng)光壓的大小是與接受太陽(yáng)照射的面積成正比的。受照面積越大，產(chǎn)生的壓力越大。為了獲得一定的壓力，必須有足夠大的受照面積，一塊面積為105平方米×105平方米（約一個(gè)足球場(chǎng)大?。┑奶?yáng)帆，在太陽(yáng)光正射下可獲得大約100毫牛的力，用它推動(dòng)100千克的物體，可產(chǎn)生1毫米/平方秒的加速度。這個(gè)加速度極其微小，只有地面重力加速度的大約一萬(wàn)分之一。

另外俗話說(shuō)得好：“涓涓細(xì)流匯成大海，塊塊碎土堆成高山。”速度等于加速度與時(shí)間的乘積，盡管加速度非常小，只要時(shí)間足夠長(zhǎng)，終能達(dá)到一定的速度。即使航天器的加速度只有1毫米/平方秒，那末，一天以后，速度達(dá)到86.4米/秒（合時(shí)速311千米）；一個(gè)月后達(dá)到2592米/秒（約7.6 倍音速）；130天后，就可超過(guò)第二宇宙速度。達(dá)到11.23千米/秒；一年后可達(dá)到31.54千米/秒，足以飛出太陽(yáng)系，由此可見(jiàn)加速度不在大，時(shí)間長(zhǎng)則靈。

“伊卡洛斯”帆面展開(kāi)示意圖

問(wèn)：用太陽(yáng)帆作動(dòng)力有哪些優(yōu)點(diǎn)？

答：迄今為止，航天飛行都是用化學(xué)火箭作動(dòng)力，需要攜帶大量推進(jìn)劑。想要達(dá)到的速度越大，需要的推進(jìn)劑越多。由于受到可攜帶推進(jìn)劑數(shù)量的限制，化學(xué)火箭只能短時(shí)間工作。

太陽(yáng)帆用作航天動(dòng)力的最大特點(diǎn)是：不需要攜帶任何推進(jìn)劑或工作介質(zhì)，只要有太陽(yáng)光就行。太空中太陽(yáng)光是用之不盡的，太陽(yáng)帆工作不受時(shí)間限制，真像是一部“永動(dòng)機(jī)”。它比較適用于長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離和超遠(yuǎn)程的航天飛行，例如，太陽(yáng)系內(nèi)的行星航行和飛出太陽(yáng)系的恒星際航行，特別是對(duì)于需要返回的航天飛行，可以免去攜帶回程用推進(jìn)劑的重負(fù)。

利用太陽(yáng)帆和離子發(fā)動(dòng)機(jī)探測(cè)木星示意圖

用太陽(yáng)帆作航天動(dòng)力的另一優(yōu)點(diǎn)是清潔、安全。太陽(yáng)帆不消耗能源，不發(fā)生化學(xué)變化。不產(chǎn)生廢氣、廢物，不污染環(huán)境，是人們所希望的、保護(hù)太空環(huán)境的“綠色動(dòng)力”。

利用太陽(yáng)帆產(chǎn)生的力可以用來(lái)提升或降低衛(wèi)星的運(yùn)行軌道；太陽(yáng)帆不僅可以使航天器遠(yuǎn)離太陽(yáng)飛行，調(diào)整太陽(yáng)帆相對(duì)于太陽(yáng)的不同角度，也能使航天器迎著太陽(yáng)飛行，如同水面上帆船利用風(fēng)力在帆與舵的控制下逆風(fēng)行駛一樣。這對(duì)于未來(lái)行星際航行是很有意義的。