馭光而行的“光帆”飛船

張其云

“光帆”飛船是由行星協會開展的一個民眾資助的項目。在這個項目中，行星協會將一個小型的航天器發射到地球軌道。這個航天器是靠巨大的反光帆驅動的，帆的面積為32平方米。

太陽帆以太陽能為動力——通過光驅動飛行。光是由被稱為光子的能量包形成。盡管光子沒有質量，但其作為光包運行時具有能量和動量。

? ? “光帆”項目成員亞歷克斯·迪亞茲（左）和宗方力（右）在調試航天器，為“光帆2”號部署測試做準備。

太陽帆航天器依靠大面積的輕型鏡面——帆板——來捕獲光的動能。當光在帆面得到反射時，大多數動能就會轉移，從而推動帆板飛行。由此產生的加速度雖小，但具有連續性，而且隨著時間的推移速度會越來越高。

“光帆”飛船是一種立方體納型衛星。這些微型航天器搭載在大負荷運載火箭的軌道上。一旦進入太空，光帆的太陽能組件彈開，航天器的內部就會展現出來。四個卷尺大小的金屬吊桿慢慢地從艙中展開，撐開四張三角形的聚酯薄膜帆板。每張帆板僅4.5微米厚，相當于普通垃圾袋厚度的1/4。

“光帆”在太空中的方向由三個電磁扭力連桿和一個動能輪控制。地面激光會測量陽光對“光帆”的推動作用。當“光帆”輕輕地圍繞地球運轉時，從地面就可以看到明晃晃的帆。

2015年5月20日，“光帆1”號飛船搭乘“阿特拉斯5”號火箭進行試航。對小型、相對便宜的“光帆”飛船來說，沒有什么是容易的，但它將努力實現著名科學家卡爾·薩根在20世紀70年代提出的馭光而行的夢想。

然而，在“光帆1”號進入低地球軌道之后，飛船就兩次跟地面失聯，另外它的電池系統也存在問題。該飛船曾一度因為宇宙射線導致電力系統受到干擾，并由此引發了電腦死機的情況，最終地面工作人員不得不對其進行遠程重啟。

撇開這些問題，“光帆1”號的這次任務還算完成地比較圓滿，它成功打開了聚酯薄膜帆板、傳回遙測圖像，并實現了主要目標。不過在那之后，飛船開始向地面持續傳回“無意義”的信號，并無法對地面發出的指令做出回應。

實際上，“光帆1”號的理論在軌時間不會太長。由于其軌道速度較慢，飛船將在地球上空受大氣影響較大，迫使飛船回落到地球。2015年6月13日，行星協會宣布，“光帆1”號在預定軌道上飛行了25天后重返地球，并最終在南大西洋墜毀。

行星協會首席執行官比爾·奈伊說：“‘光帆1號讓我生活在過山車上。我們正在推進太空科學和探索，這項任務是我們使命的一部分。”

比爾·奈伊表示，盡管這次的任務不算成功，但仍為其后的“光帆2”號任務奠定了基礎。在未來幾年里，這種科技可能為全世界打開通往太空的大門，“太陽帆旅行事業值得做，因為它具有空間民主化的潛力”。

? 2015年6月8日，“光帆1”號拍攝的在地球軌道上展開的太陽能帆板圖

這項技術使得一些小團體或者那些不想在太空項目上投入太多資金的組織可以建造一個小的太陽能帆，只要有時間，你就可以選擇去太陽系的任何地方。奈伊說：“你可以到達那里，因為不存在燃料用完的情況，陽光一直在照射。”

2017年，“光帆2” 號將由Prox-1衛星攜帶，該衛星是由佐治亞理工大學研發，用于自動監測其他航天器的小型人造衛星。兩個人造衛星都將由“重型獵鷹”火箭載入軌道。

“光帆2”號和Prox-1將被運載到海拔約720千米的軌道上，這個高度足夠使航天器避開大部分大氣阻力。Prox-1首先會將“光帆2”號發送到開放的空間，然后再與“光帆2”號會合并對其進行檢查。當“光帆2” 號展開它的太陽帆時，Prox-1會在附近捕捉拍攝這一重要時刻。