近日，美國行星學會宣布，他們在6月發射的光帆2號小衛星已經成功驗證了利用太陽帆來改變軌道的能力。在不用燃料的情況下，“光帆2號”依靠其在軌道上展開的32平方米的太陽帆，在4天的時間裏將軌道遠地點升高了1.7公裏。“光帆2號"是如何做到馭光而行的?它從誕生到成功經曆了怎樣的坎?目前太陽帆還有哪些問題亟待解決?

光帆2號小衛星自拍在預定軌道上展開的聚酯薄膜太陽帆

　　乘光前行的原理

　　大da家jia經jing常chang可ke以yi在zai海hai麵mian上shang看kan到dao帆fan船chuan
，對dui於yu帆fan船chuan航hang行xing的de原yuan理li

，大da家jia一yi定ding不bu陌mo生sheng。那na就jiu是shi利li用yong海hai風feng吹chui拂fu在zai船chuan帆fan上shang生sheng成cheng的de氣qi壓ya，獲huo得de帆fan船chuan前qian進jin的de動dong力li。通tong過guo控kong製zhi風feng帆fan的de旋xuan轉zhuan角jiao度du
，帆fan船chuan甚shen至zhi可ke以yi逆ni風feng而er行xing。

　　taiyangfansuoyunyongdeyuanliyeyufanchuanhangxingdeyuanlileisi。taiyangyeyoufeng，jicongtaiyangwaicengdaqibuduanfashechulaidewendingliziliu
，dantaiyangfanliyongdebingbushitaiyangfeng，ershituidonglibitaiyangfenghaiyaoda1000多倍的太陽光。

　　光(guang)是(shi)由(you)光(guang)子(zi)構(gou)成(cheng)，當(dang)光(guang)子(zi)撞(zhuang)擊(ji)到(dao)光(guang)滑(hua)的(de)平(ping)麵(mian)時(shi)，可(ke)以(yi)像(xiang)從(cong)牆(qiang)上(shang)反(fan)彈(dan)回(hui)來(lai)的(de)乒(ping)乓(pang)球(qiu)一(yi)樣(yang)改(gai)變(bian)運(yun)動(dong)方(fang)向(xiang)，並(bing)給(gei)撞(zhuang)擊(ji)物(wu)體(ti)以(yi)相(xiang)應(ying)的(de)作(zuo)用(yong)力(li)。我(wo)們(men)之(zhi)所(suo)以(yi)感(gan)覺(jiao)不(bu)到(dao)任(ren)何(he)陽(yang)光(guang)的(de)壓(ya)力(li)，那(na)是(shi)因(yin)為(wei)它(ta)實(shi)在(zai)太(tai)過(guo)微(wei)小(xiao)。在(zai)地(di)球(qiu)到(dao)太(tai)陽(yang)的(de)距(ju)離(li)上(shang)，太(tai)陽(yang)光(guang)在(zai)1平方公裏麵積的帆麵上所產生的推力隻有9牛頓。

　　關於光有壓力的探索可以一直追溯到1619年(nian)，當(dang)時(shi)著(zhu)名(ming)天(tian)文(wen)學(xue)家(jia)開(kai)普(pu)勒(le)就(jiu)猜(cai)測(ce)彗(hui)星(xing)的(de)尾(wei)巴(ba)之(zhi)所(suo)以(yi)背(bei)向(xiang)太(tai)陽(yang)，是(shi)因(yin)為(wei)存(cun)在(zai)一(yi)種(zhong)太(tai)陽(yang)風(feng)將(jiang)其(qi)吹(chui)開(kai)。現(xian)在(zai)知(zhi)道(dao)導(dao)致(zhi)彗(hui)尾(wei)背(bei)向(xiang)太(tai)陽(yang)的(de)原(yuan)因(yin)主(zhu)要(yao)是(shi)陽(yang)光(guang)的(de)壓(ya)力(li)，所(suo)以(yi)開(kai)普(pu)勒(le)的(de)猜(cai)想(xiang)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)第(di)一(yi)個(ge)牽(qian)涉(she)到(dao)光(guang)壓(ya)領(ling)域(yu)的(de)論(lun)述(shu)。

　　然而
，太陽帆這一概念直到上世紀20年代才明晰起來。1924年nian，航hang天tian先xian驅qu齊qi奧ao爾er科ke夫fu斯si基ji和he同tong事shi燦can德de爾er明ming確que提ti出chu用yong照zhao在zai很hen薄bo的de巨ju大da反fan射she鏡jing上shang的de陽yang光guang所suo產chan生sheng的de推tui力li能neng夠gou獲huo得de宇yu宙zhou速su度du的de論lun斷duan。正zheng是shi燦can德de爾er提ti出chu的de太tai陽yang帆fan概gai念nian，成cheng為wei了le今jin天tian建jian造zao太tai陽yang帆fan的de基ji礎chu。

　　youyutaiyangguangyachanshengdetuilihenxiao，suoyijiyutaiyangfandehangtianqibunengcongdimianqifei。taikongzhongyunxingdehangtianqichuyushizhongzhuangtai
，zaijiashangmeiyoukongqizuli，suoyiqingweidetaiyangguangyajiukeyirangtajiasu，shidetaiyangfanbuxuyaoxiedairanliaojiukeyituidonghangtianqibuduanjiasu。

　　來自太陽的光線提供了無窮無盡的推動力，理論上能夠使裝有大型太陽帆的航天器最終達到24萬公裏/小時的速度。太陽帆甚至可以成為目前唯一可能乘載人類到達太陽係外星係的航天器概念。

　　堅持不懈的探索

　　雖然太陽帆最早構想比人類第一枚火箭成功發射還要早很多年，但它的發展卻不那麼一帆風順。尤其是“光帆2號”及其背後的美國行星學會，可是有著一段曲折前行、不斷探索的艱難曆程。這一切得從畢生致力於推動太陽帆發展的美國科學家弗裏德曼說起。

　　1976年
，弗裏德曼就職於美國宇航局噴氣推進實驗室時，就曾提出利用一個64wanpingfangmidejufanfeixianghaleihuixingjinxingtancedesilu。raner，meiguoyuhangjurenweicijutaiguomaoxianermeiyoucaina。tahoulailikaimeiguoyuhangju，binghezhumingdetianwenxuejia
、科普作家卡爾·薩根一起組建了美國行星學會

，致力於建造並發射人類的第一個光帆。

　　最初，行星學會投資了400萬美元，由俄羅斯科學院和莫斯科拉沃奇金科學生產聯合體負責建造人類的第一個太陽帆“宇宙1號”。經過一再推遲之後，在2001年7月20日，“宇宙1號”從一艘俄羅斯核潛艇上發射升空，進行亞軌道飛行展開試驗
，但由於太陽帆沒能與運載火箭的第三子級分離而墜毀。

　　在第一個“宇宙1號”失敗後，弗裏德曼沒有放棄，決定重新建造新的光帆
，名字仍然采用“宇宙1號”。工程師們花費了3年的時間專門對太陽帆進行改裝和完善。新的“宇宙1號”比原來的“宇宙1號”在設計上更大，由8個15米長的超薄三角形聚酯薄膜帆組成，總麵積達600多平方米，總重量為50公斤。

　　2005年6月21日，新的“宇宙1號”乘坐波浪號運載火箭從位於巴倫支海的俄羅斯潛艇K-496上發射，直接進行入軌試驗。然而，發射後它與地球失去了聯絡，因而試驗失敗。

　　2009年，行星學會接手美國宇航局的“納帆-D計劃”，在其基礎上研製了基於立方星技術的“光帆1號”。2015年5月20日，“光帆1號”搭乘宇宙神-5火箭發射升空。“光帆1號”入軌後展開了32平方米的太陽帆，測試了太陽光壓的推力效果以及姿態控製和通 信技術，但由於軌道高度較低
，從太陽光中獲取的動力未能克服地球大氣的阻力。其間，“光帆1號”還曾出現故障，不再向地麵發送數據。經過8天的搶救後
，才與地麵恢複了聯係。

　　2019年6月25日
，“光帆2號”搭乘獵鷹重型火箭進入了離地麵700公裏以上的軌道高度。“光帆2號”於7月23日展開銀色太陽帆
，經地麵人員優化調整朝向後開始提升軌道。迄今為止，科研人員觀測到“光帆2號”的軌道提升速度是每天兩三百米到900米，已經超過了事先的預測。

光帆1號小衛星展開太陽帆示意圖

　　“光帆2號”項目耗資700萬美元，主要依靠來自100多個國家和地區的大約5萬名行星學會會員，以及基金會和企業捐贈得來。“光帆2號”任務的成功可以說是完成了行星學會創辦者多年來的夙願。

　　尚需破解的難題

　　實際上，在行星學會不懈堅持的同時，很多國家也都在開展相關的研究。日本宇宙航空研究開發機構的動作尤其迅速，在2004年進行了170公裏高空太陽帆亞軌道展開試驗，在2010年發射太陽帆飛船——“伊卡洛斯號”進行了太空飛行試驗。

　　太陽帆主要是由反射薄膜、支撐結構
、太陽帆展開組件等組成。為了減輕飛行器的重量，增大受光麵積
，需要采用超薄和大麵積的太陽帆麵。

　　目(mu)前(qian)，太(tai)陽(yang)帆(fan)麵(mian)主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)的(de)材(cai)料(liao)是(shi)聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)薄(bo)膜(mo)或(huo)聚(ju)酯(zhi)薄(bo)膜(mo)。為(wei)增(zeng)加(jia)太(tai)陽(yang)光(guang)的(de)反(fan)射(she)率(lv)，通(tong)常(chang)還(hai)需(xu)要(yao)在(zai)薄(bo)膜(mo)表(biao)麵(mian)蒸(zheng)鍍(du)一(yi)層(ceng)很(hen)薄(bo)的(de)鋁(lv)膜(mo)。太(tai)陽(yang)帆(fan)的(de)展(zhan)開(kai)要(yao)求(qiu)支(zhi)撐(cheng)機(ji)構(gou)具(ju)有(you)適(shi)當(dang)的(de)強(qiang)度(du)和(he)剛(gang)度(du)
，同(tong)時(shi)還(hai)要(yao)盡(jin)量(liang)地(di)輕(qing)質(zhi)。目(mu)前(qian)
，科(ke)研(yan)人(ren)員(yuan)一(yi)般(ban)會(hui)采(cai)用(yong)碳(tan)纖(xian)維(wei)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)作(zuo)為(wei)支(zhi)撐(cheng)架(jia)，在(zai)太(tai)陽(yang)帆(fan)展(zhan)開(kai)前(qian)，支(zhi)撐(cheng)機(ji)構(gou)要(yao)能(neng)夠(gou)折(zhe)疊(die)或(huo)卷(juan)曲(qu)收(shou)藏(zang)。

　　muqian，xingxingxuehuideyanjiuzhongdianyijingluozailetaiyangfancailiaozhishang。weishihangtianqihuodegengdadejiasudu，jianqingtaiyangfanchenglijiegoudeyouxiaozaihe，shitaiyangfanmiandezhankaigengjiarongyiheanquan，yanzhigengjiaqingzhidetaiyangfancailiaoyijingchengweitaiyangfanhangtianqifazhandehexinwenti。

　　另(ling)外(wai)，太(tai)陽(yang)帆(fan)除(chu)了(le)輕(qing)質(zhi)以(yi)外(wai)，其(qi)材(cai)料(liao)還(hai)必(bi)須(xu)具(ju)有(you)優(you)異(yi)的(de)空(kong)間(jian)穩(wen)定(ding)性(xing)，耐(nai)高(gao)低(di)溫(wen)性(xing)能(neng)
，優(you)良(liang)的(de)綜(zong)合(he)力(li)學(xue)強(qiang)度(du)
，以(yi)及(ji)易(yi)於(yu)成(cheng)形(xing)和(he)大(da)麵(mian)積(ji)製(zhi)備(bei)等(deng)特(te)點(dian)。

　　zongzhi，renleidehangtianmengxiangconglaidoubushiyicuerjiude
，taiyangfandefazhanlichengzaiciyinzhenglezheyidian。congzhongwomenyenengkandao，zhiyaobuxienuli，mengxiangjiuyidingneng“馭光而行”。