人類多久能飛出太陽系？利用太陽帆飛船，飛出太陽系只需40年

用光能推動飛船在宇宙航行嗎? 400年前,著名的天文學家開普勒曾經設想過一種航天器 它可以不攜帶任何能源,僅僅只依靠太陽光就能遨遊太空 在我們現代人看來,這應該指的是太陽帆飛船 這是一種利用太陽光的光壓進行宇宙航行的航天器 也是目前被認爲是唯一一個可以搭載人類飛出太陽系的航天器 長期以來,人類一直渴望找到一種新的動力方式 來擺脫對火箭的單一依賴 所以對於太陽帆技術寄予了厚望 在小說《三體三》的階梯計劃中 就有人類舉全球之力發射一艘太陽帆飛船 它先後承受了上千次核爆的力量 將雲天明送往三體艦隊的方向 但是太陽光真的能夠產生壓力或者說推力嗎? 關於光是否能產生壓力的探索 最早可以追溯到17世紀 在1619年,開普勒推測彗星之所以被向太陽延伸出一條長長的尾巴 就是因爲太陽風在發揮作用 現在我們也知道了,事實確實如此 所以開普勒的猜想可以說是第一個提出了光壓 後來牛頓主張光威力說很自然地引進了光壓的概念 但不久光波的概念就開始普及 光壓也就失去了生存的空間 即使如此,仍舊有衆多實驗物理學家試圖以實驗證明光具有壓力 光其實是沒有靜態質量但有動量的光子構成的 當光子撞擊到平滑的平面上時 可以像牆上反彈回來的乒乓球一樣改變運動的方向 並給撞擊的物體相應的作用力 單個光子產生的推力很小 通常情況下人們難以察覺 在正午陽光最強而且直射地面的時候 光在一平方米翻面上產生的推力 只有0.9大英還不到一隻螞蟻的重量 但在太空中因爲沒有空氣阻力 一點點輕微的推力 比如說太陽光的壓力就可以讓物體加速 於是人們想到了翻 人類很早就學會了製造翻 利用自然界的風這種免費而無限的動力 來彌補滑槳力量的不足 假設有一艘直徑爲300米 翻面面積達7萬平方米的太陽翻飛船 飛船的質量是500千克 那麼它離開地球軌道時 每秒的速度增加值是一毫秒每秒 但日積月累等它抵達火星軌道時 時間纔過去284天 算下來 這個速度比許多化學火箭的速度要快得多 如果太陽翻的直徑增至2000米 它獲得的1.5噸推力 能把縱約5噸的航天氣送到太陽系以外 顯而易見 太陽翻成本低飛行速度快 是在低技術條件下飛出太陽系 1984年 一個名叫羅伯特·弗沃德的物理學家 做出了一個工程分析 他得出的結論是 要進行長期的太空飛行 最佳的方法就是像一個大型寶帆 發射大功率激光 當激光帆採用整鐵式圓盤佈局 並搭載一噸的有效核載時 最大的速度能達到光速的十分之一 飛抵半人馬做阿爾法星 只需要40年 甚至更少的時間 而如果用上人類現有的最快飛船 要想到達半人馬做阿爾法星 也要花上三萬年 據估算 如果使用金屬皮來作爲翻面的材料的話 太陽翻飛船 飛抵半人馬做阿爾法星的行程 耗電費用只有66.3億美元 相當於阿波羅計劃投資的四分之一 世界上第一艘太陽翻飛船是宇宙一號 它重50千克 是由八片長度爲15米的 三角形鋸齒薄膜翻板組成的 每張翻板的厚度 比普通的塑料垃圾袋還薄 而且它們異常牢固 表面上塗滿了高效的反光物質 翻板的總面積達600平方米 據估算 在太陽光微弱的壓力推動下 宇宙一號可以以每秒一毫米的速度 慢慢加速移動 在翻面展開24小時後 速度可以增加到161公里每小時 如果宇宙一號能持續飛行三年 那麼它的速度 可以提升到161,000公里每小時 不到五年時間 宇宙一號就可以達到冥王星 但不幸的是 宇宙一號在發射升空後的83秒 就與地面失去了聯繫 到目前爲止 世界上最成功的太陽翻試營 是2010年日本發射的伊卡洛斯號 伊卡洛斯號的翻後 約7.5微米 相當於投髮絲直徑的十分之一左右 在火箭發射的時候 翻將會摺疊起來 收藏在直徑約1.6米的圓筒型機制外側 它與日本的近行探測器小號一同升空 在離地球大約7.7×10的 六次方公里的太空中 成功展開了太陽翻 根據估算 在半年內 伊卡洛斯號能夠加速到每秒100米 目前它還在宇宙中翱翔 可以說 只要有陽光存在的地方 太陽翻飛船就可以不斷獲得動力加速飛行 太陽翻代表人類未來太空飛行的一種技術 伊卡洛斯號的成功試驗也證明 人類未來是可以用太陽翻來從事深空探索 但因爲地球大氣的存在會使激光衰減 更理想的發射點應該是月球這種 幾乎沒有大氣層阻礙的天體 如果未來能夠開採月球上的氦翻資源 並實現可控核聚變 那麼未來我們可能能見證 從月球飛出的一頁孤翻將飛出太陽系 帶領人類在深空探索領域邁出一大步 這裏是宇宙天文館 記得關注我 我們下期再見