用空間反射鏡照亮地球

人類進步史是一部對能源使用方式不斷進步的歷史，當人類只能依靠自己的肌肉力量時，社會停留在原始階段；當人類能借力生畜時，社會進步到了奴隸社會和封建社會；當人類學會使用化學能源時，社會進化到了工業(yè)化社會；當人類會使用原子能時，已經(jīng)進入信息社會。人類社會的進步，意味著對能源更進一步的攝取，而能源緊缺也勢必成為制約人類進步的重要因素。

用空間反射鏡營造一個不夜城

現(xiàn)代化城市，照明有越來越亮的趨勢。記得二十多年前坐飛機，從飛機上看中國的城市，幾乎看不見，而現(xiàn)在從飛機上可以清楚地看到中國中型城市燈火，大型城市更是燈火通明，亮度已經(jīng)大大增強了。每個城市照明的能源消耗是非常大的，例如北京市五環(huán)內(nèi)的路燈(不含高速路和樓市的裝飾性燈光)為17.6萬盞，年用電量約為1.1億千瓦時。

利用空間反射鏡將太陽光照到地球上，以前就有人論述過，而最早付諸行動的是俄羅斯人。1993年2月4日，俄羅斯利用進步號貨運飛船進行試驗，在空間展開了一個直徑十幾米的圓形平面反射鏡。在試驗中，由于進步號飛船飛行在地球上方400千米的軌道，在地球上同一地點可見的時間只有十二、三分鐘。反射鏡沒有對地球上某一地區(qū)定點照射，使亮光不能長時間集中于某一地點，而且，試驗時俄羅斯境內(nèi)氣象條件不好，云層很厚，只有黑海沿岸的個別地方居民看到空間有一個光點劃過，當?shù)孛姹徽盏綍r，其亮光比月亮明亮幾倍。

作為城市照明，例如路燈和其他建筑照明的替代品，亮度應該至少與路燈垂直下方相差不大，在照明的條件下應能閱讀報紙，即達到200勒，才能被人們接受。在北京這樣緯度的城市，夏至的黑夜約長9個小時，冬至的黑夜約長15個小時，其他時間黑夜介于這兩者之間。但提供照明的時間并不需要徹夜照亮，可以考慮在午夜11點后不再照亮，這樣每天需要照明的時間在3小時至6小時之間。

如果要覆蓋一個面積在100 平方千米的城市，必須設計一個面積在1萬平方米以上的平面反射鏡。這樣可使每平方米約照到0.1瓦（考慮陽光的80%被反射到地面）的陽光，在此沒有考慮太陽光能量是一個由含可見光和其他多種光輻射的復雜能源。根據(jù)在暗室里一縷陽光透過一個銅錢大的洞照入屋內(nèi)就可使?jié)M屋變亮這樣一個現(xiàn)實，說明陽光亮度擴散后其照明度也相當可觀。

如何設計空間反射鏡的軌道

空間太陽反射鏡的軌道設計需要考慮多種因素，反射面離地球太近，地球的陰影會遮住反射鏡，這也就排除了采用亞軌道飛行的飛艇的可能；地球低軌道因為角速度太快、連續(xù)照明時間太短和地球陰影問題，也不太適用；設在地球同步軌道，又存在離地球太遠，且地球同步軌道目前已經(jīng)星滿為患，再增加此類衛(wèi)星，增加了碰撞的可能性，也不理想。

專家們?yōu)榭臻g反射鏡設想了每天（太陽日）繞地球8圈的太陽同步大橢圓軌道。軌道周期為179.50850575 分，傾角116度，近地點高524 千米，遠地點高7801.6 千米。若為北半球的城市服務，近地點設在南半球，遠地點設在北半球。

采用此種軌道，可使每一個反射鏡對北半球某一特定地區(qū)（城市）的照射時間盡可能長，約為1小時，由于傾角大基本不受地球陰影影響。采用三個這樣的反射鏡輪流反射，就可以對某一個城市進行連續(xù)的徹夜照明。

由于地球的自轉(zhuǎn)，可考慮為地球北半球上經(jīng)度間隔120度的三個城市提供夏季的徹夜照明，例如北京、倫敦、舊金山這樣三個城市可以共享三個反射鏡提供的照明，在冬天提供前半夜照明。照明方式為第1個8小時對北京照明，第2個8小時對倫敦照明，第3個8小時對舊金山照明。如果每天只提供每個城市4小時照明，可為經(jīng)度間隔60度的6個城市提供照明。還可以有幾種照明的組合方式。

建造空間發(fā)射鏡的工程難題

由于發(fā)射時對載荷質(zhì)量的限制，用玻璃或其它較重的材料制造成空間反射鏡是不現(xiàn)實的，目前考慮使用鍍鋁薄膜。尋找材料不超過每平方米10克的薄膜，有足夠的抗拉力，且鍍鋁的反射率考慮在80%以上，應該不是太困難的事情，這樣一萬平方米的薄膜約100千克。

支持這樣大反射面的結(jié)構(gòu)為一個充氣環(huán)形管（類似自行車內(nèi)胎），為防反射面變形過大，在環(huán)形充氣管之間用十字或米字（適當?shù)脑黾咏?jīng)線和緯線），由中心向圓環(huán)輻射的充氣管連接。在地面被折疊壓縮，發(fā)射到空間后利用充氣再展開，其直徑為112米的圓盤，從工程上說是可接受的。

因為空間反射鏡需要對一個城市定向，故在空間飛行中需要不斷調(diào)整反射鏡的指向，以使它與太陽和城市間形成一個最佳反射角，將陽光反射到城市。反射鏡上設紅外地平儀、太陽敏感器、磁力矩器等敏感器件和控制器件。工程上還需要考慮的問題有很多，例如太陽電池、充電電池和壓縮氣瓶等的需要量。

空間反射鏡的應用前景

隨著地球上不可再生能源的減少，人類進入空間能力的提高，清潔而又用之不竭的太陽能將成為人類長期追求的目標，空間反射鏡的應用前景無疑會超出想象，比如：

建造巨大的空間反射鏡，將太陽光反射到大面積的農(nóng)業(yè)區(qū)，提高冬天的地溫和延長日照時間，制造區(qū)域性大面積的暖棚，增加蔬菜和其他農(nóng)作物的產(chǎn)量。

在地球赤道上空建立一條近千米寬的薄膜帶，采用不同角度反射，將對赤道直射的陽光反射到地球其他需要的地區(qū)，用于光照和加熱。

北半球夏天時用巨大的半透明薄膜遮住北半球某一地域的日照，把光線反射到南半球某城市，這樣可解決對空調(diào)與暖氣大量需求的問題。對于北半球的冬天存在相反的問題。

把巨大的薄膜（氣球）送到拉格朗日點，據(jù)說達到地球面積的3%就可以有效地擋住陽光，改變目前的全球變暖問題。

在月球上使用定型的薄膜建造基地。

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宇宙一號太陽帆

光由沒有靜止質(zhì)量但有動量的光子構(gòu)成，當光子撞擊在光滑平面上時，會改變運動方向，并給被撞擊的物體以相應的作用力。

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