时间回到 1976 年,已故的卡尔·萨根坐在今夜秀与约翰尼·卡森谈论一种称为太阳帆的新型太空推进方式。 四十年后,行星协会在实践中正式展示了这一“极其令人兴奋的前景”。
经过十年的努力和 700 万美元的众筹,非营利组织的 LightSail 2 号已成为第一个仅依靠阳光提升轨道的小型航天器。
“我们很高兴宣布 LightSail 2 任务成功,”说Bruce Betts,LightSail 项目经理兼协会首席科学家。
“我们的标准是通过仅利用太阳的光压改变航天器的轨道来演示立方体卫星中的受控太阳航行,这是以前从未做过的事情。”
LightSail 2 航天器已进入轨道历时一个多月,上周,它首次启航。 此后大约八天的时间里,航天器将轨道提升了 1.7 公里,仅由太阳光子推动,太阳光子会从其反射帆上“反弹”。
(行星协会)
下列的日本IKAROS太阳帆LightSail 2 于 2010 年发射,只是太阳能飞行的第二次成功尝试。 但与 IKAROS 不同的是,它可以使用这种新的推进形式来实际改变其轨道。
据项目经理 Dave Spencer 介绍,LightSail 2 是由机载算法自主控制的。 通过每 50 分钟将航天器扭转 90 度,该软件可以改变航天器的方向,这样无论它在哪里,它都能从太阳获得足够的能量。 相比之下,IKAROS 只能转动四五度左右。
这个令人印象深刻的算法仍在更新和调整。 迄今为止最大的挑战之一是改善航天器的动量,该动量由旋转轮控制。
这个动量轮用于改变飞船的方向,以便打开和关闭太阳航行的推力。 当车轮开始接近最大速度时(每天会出现几次),需要减慢速度。
目前这是使用电磁扭矩杆来完成的,电磁扭矩杆利用地球磁场对航天器进行定向。 不幸的是,这暂时使航天器偏离了太阳航行的正确方向,因此科学家们仍在试图找出尽可能降低这些饱和点的方法。 今天已上传针对此问题的软件补丁。
“我们现在从 LightSail 2 中学到了很多东西,”行星协会首席执行官 Bill Nye 在最近的新闻发布会上说道。
“换句话来说,虽然我们已经宣布任务成功,并且我们做了我们一直希望做的事情 - 取决于你如何估计 - 42 年,LightSail 2 还将飞行几乎一年......我们将学习在接下来的几个月里,我们将进行很多关于控制航天器和帆的性能的工作。”
(行星协会)
很难准确预测航天器能够将其轨道提升多远。 发射前模拟预测,随着太阳能推进力的增加,飞船的轨道每天将增加约半公里。
最后,这并不算太离谱。 事实上,就在前几天,航天器上升了约 900 米(2,950 英尺)。
但正如航天器的轨道有下限一样,也有上限。
斯宾塞在新闻发布会上解释说:“这些高度的大气密度模型确实很差,而且变化很大,所以我们真的不知道大气阻力在什么时候会克服我们继续轨道提升的能力。”
“所以我们会尽可能地继续这样做。”
这项技术的应用是无限的,科学家们建议将其用于寻找外星生命、监测太阳的天气以及作为即将到来的小行星的预警系统。
甚至还有一个梦想,如果能找到一种能够承受高温和辐射的材料,太阳航行的航天器就可以非常靠近太阳,接受巨大的推力,最终让它以更高的速度行驶得更远。
奈在简报中说:“这项技术使我们能够以一种以前不可能的方式将东西带到太阳系甚至更远的非凡目的地,因为你不需要燃料,你不需要所有控制燃料、管理燃料和购买燃料的系统。”
美国宇航局的近地小行星侦察定于 2020 年中期推出,可能是这项新技术的最早应用。 这项大胆的任务计划使用太阳帆和 6U 立方体卫星(即小型航天器)来收集附近小行星的数据,这些数据具有未来人类任务的潜力。
斯宾塞在简报中解释说:“一些非常早期的太阳航行任务概念有大型航天器和巨大的帆。”
“但真正有趣的是,在过去十年左右的时间里,立方体卫星的革命使技术变得如此之小,使得太阳帆真正走在了最前沿,并被开发为这些微型航天器的太空推进源”。