美研发“太阳风推进”革命性技术：10年飞出太阳系

美国宇航局(NASA)的工程师们已经开始测试新型空间推进系统，一旦成功，它将有望将人类的探索范围拓展至恒星际空间。

这一系统将利用太阳释放出的大量粒子产生的推力，实现史无前例的加速。研究人员们指出，采用这种推进方式的新型飞船将能够在短短10年内飞抵日球层顶，而采用1970年代技术发射的旅行者号飞船完成这一路程则整整耗费了35年的时间。日球层顶是太阳风作用逐渐终止，空间环境逐渐向恒星际空间过渡的边界层。

这一新型推进概念被称作“日球层顶静电快速推进系统”，或者直接称为“静电风帆”，其推进不需要任何内部安装的推进系统。相反，“静电风帆”将借助太阳风抵达日球层顶，那里可以被视作是太阳系的边界。

一艘缓慢自转的飞船可以释放10~20根带电铝制导线，形成一个巨大的“静电风帆”。每条这样的导线厚度仅有一毫米，但长度达到12.5英里(约合20公里)，几乎和219个足球场相当。

这款“静电风帆”能够排斥通过的带电荷的质子流，从而产生推力。HERTS“静电风帆”项目的首席科学家，美国宇航局马歇尔空间飞行中心先进概念办公室的布鲁斯·魏格曼表示：“太阳每时每刻都在以极高的速度释放出大量质子和电子，速度可以达到每秒400~750公里。而静电风帆正是利用这股粒子流实现推进。”

目前，位于亚拉巴马州的美国宇航局马歇尔空间飞行中心已经开始了相关技术实验，预计这一研究项目将持续至少两年时间。在这次实验期间，工程师们将会确定静电风帆在飞行过程中能够排斥开的质子数量以及能够被吸引的电子数量。工程师们还将开展等离子体测试，并改进未来进一步开发静电风帆所需要模型数据。

关于静电风帆推进的最初设想来自芬兰气象研究所(FMI)的裴卡·詹能博士，但研究人员表示想要真正将这一设想变为现实仍然有大量的工作需要去做，目前这项技术距离真正实现应用至少还有10年以上的差距。

随着飞船逐渐远离太阳，这款风帆的有效作用面积还会进一步增加，在距离太阳一个天文单位(即地球到太阳的平均距离)处，这款风帆的有效作用面积大约是232平方英里(约合600.87平方公里)，但在距离5个天文单位处，其有效面积将增大到大约463平方英里(约合1199.2平方公里)。

在一般情况下，太阳光子流的能量随着和太阳之间的距离增加，其能量会减弱，因此一般认为采用太阳光压推进技术的飞船到了太阳系的小行星带范围外侧开始就将很难获得足够的推力继续向外飞行了。

但是静电风帆利用的是太阳风粒子流(质子和电子)，因此情况完全不同，在小行星带范围外侧，静电风帆将能够继续向前飞行。魏格曼表示：“我们不必有此担心，伴随稳定的质子流和不断扩大的有效推进面积，甚至在距离太阳远达16~20天文单位的位置上，我们的飞船仍然将能够获得足够的推力而维持飞行，这已经比采用光压技术的太阳帆飞船的飞行距离至少超出3倍以上。这样漫长的加速过程将产生极高的速度。”

当美国宇航局的旅行者-1号飞船在2012年确认跨越日球层顶的时候，这艘飞船在太空里已经飞行了整整35年之久。而采用这种新型推进技术的未来飞船达成这一目标预计将只需要大约1/3的时间。魏格曼表示：“我们的研究显示，采用静电风帆技术推进的飞船将能够在不到10年的时间里抵达日球层顶。这将对此类飞船的科学回报效率产生革命性的影响。”

尽管这项技术的设计初衷是为了让飞船跨越日球层顶，但研究人员们表示其对于太阳系内部的探索同样意义重大。

魏格曼表示：“随着研究组深入考察这一技术概念，事情已经逐渐变得清晰，那就是这项技术设计是具有灵活性和可调整性的。未来的任务设计者们可以通过调节导线长度、导线数量以及电压高低来适应不同的任务目的——或许是内太阳系探索、外太阳系探索或者是飞往日球层顶区域。静电风帆技术的应用范围广阔。”

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