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用阳光推动航天器 “光帆2号”正验证这想法

用太阳“广范2号”推动太空船正在验证这个想法

“广范2号”是一颗5千克的立方体卫星。 6月25日,它是由SpaceX的“猎鹰重型”火箭从肯尼迪航天中心发射的。 7月2日,“广范2号”探测器成功进入轨道,成为世界上第一颗纯太阳能地球卫星。 7月23日,“广范2号”成功发射了一艘帆,仅依靠太阳提供推力。在四天内,其轨道高度增加了约2公里。

黎明的想法是长期存在的

事实上,自20世纪20年代以来,轻帆的概念已经出现。最初的想法是简单地利用太空中无穷无尽的自由能量为太空船提供动力。但在接下来的几年里,轻帆的概念只出现在科幻小说中,直到1959年才出现了第一篇关于轻帆的学术论文。在20世纪50年代,美国国家航空航天局(NASA)开始研究轻帆。然而,由于美苏太空竞争和载人登月计划,20世纪60年代对轻帆技术的研究几乎停滞不前。直到20世纪70年代,美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的研究人员计划发射一艘带有帆作为推进器的航天器,以实现与哈雷彗星的“会面”。当时,其他技术几乎无法实现,因此该项目很快赢得了NASA项目。虽然由于技术限制和电力推进计划的竞争,该项目最终被放弃,但这是人类首次尝试使用太空帆进行太空探索。 “广范2号”是第一个在地球轨道上使用风帆的航天器,也是继日本IKAROS任务后成功使用轻型帆船的第二艘航天器。

那么太阳如何为太空船提供推力?

“帆的表面覆盖着反射阳光的金属薄膜。”清华大学航空航天学院副教授龚胜平说,光子既有能量又有动量。从动量的角度来看,更好地理解太阳压力。光子击中了轻帆。表面上的金属镀层被反射并与帆交换动量,使航天器具有飞行的能力。

不同形式的轻帆有其自身的优势

龚胜平描述了“广范2号”的“航行”过程:起初它被放置在卫星处于“包装”的收缩状态,并在进入空间后发射,并进行了轨道爬升通过使用轻压。

“轻帆的形式分为两种,一种是旋转型,一种是旋转稳定;另一种是支撑型,而且姿态是三轴稳定的。”龚胜平说,它们各有利弊,旋转展开模式不需要支撑结构结构简单,没有支撑结构可以获得更大的表面质量比,但是航天器旋转需要消耗一个一定量的能量,同时,很难改变帆的姿态(帆面的空间方向),而三轴稳定型则相反。 “广范2”是支持型,日本的IKAROS是旋转型。

由于帆的力量来自于太阳光,并且光的强度与太阳的距离的平方成反比,所以当它远离太阳时其加速性能将大大降低。因此,帆更接近太阳的太空探索任务具有更大的优势。然而,也可以使用帆的连续加速特性来检测远离太阳的空间,这需要在光压变小之前使用轻压将帆加速到大的速度。

“1平方公里面积的轻帆只有9牛顿左右,”龚胜平说。目前,帆覆盖的金属涂层材料几乎为铝,其日光利用率接近90%。虽然光压很小,但如果我们可以让光线足够轻,那就让它变亮。如果它足够大,你仍然可以获得大的光压加速度。

“例如,'撞星计划'提出的表面密度为0.2克/平方米的轻帆的轻压加速度可超过0.04米/秒。”龚胜平说。

激光驱动器将来会进一步飞行

2016年,霍金在微博上提出了“突破之星计划”。该计划旨在开发一种由激光阵列驱动的“纳米飞机”,以达到光速的五分之一,在发射后大约20年到达Alpha Centauri系统并在那里发回行星图像。

龚胜平说:“这个计划目前只是一个想法。在这种情况下,整个航天器只能有3.6克的质量,帆板的厚度约为1000纳米,需要将其激光强度推至200 GW。这相当于数千座三峡大坝产生的电力。“

帆的最大优点是航天器不需要携带燃料。从理论上讲,它可以始终在太空飞行,直到材料失效。因此,可以完成一些传统航天器难以实现的高能量,长期任务。

“然而,目前广范的研究还处于验证阶段。”龚胜平说,这个“广范2号”是一个验证完成使用伸缩杆膨胀,三轴稳定姿态控制,轨道轻压。攀岩等技术。

“在不久的将来,随着广范技术的进一步成熟,它有更广泛的应用。”龚胜平说。例如,在2020年,NASA的NEA Scout任务将配备一个轻帆探测小行星。

实习生林文辉我们的记者徐

10: 06

来源:大多数技术

用太阳“广范2号”推动太空船正在验证这个想法

“广范2号”是一颗5千克的立方体卫星。 6月25日,它是由SpaceX的“猎鹰重型”火箭从肯尼迪航天中心发射的。 7月2日,“广范2号”探测器成功进入轨道,成为世界上第一颗纯太阳能地球卫星。 7月23日,“广范2号”成功发射了一艘帆,仅依靠太阳提供推力。在四天内,其轨道高度增加了约2公里。

黎明的想法是长期存在的

事实上,自20世纪20年代以来,轻帆的概念已经出现。最初的想法是简单地利用太空中无穷无尽的自由能量为太空船提供动力。但在接下来的几年里,轻帆的概念只出现在科幻小说中,直到1959年才出现了第一篇关于轻帆的学术论文。在20世纪50年代,美国国家航空航天局(NASA)开始研究轻帆。然而,由于美苏太空竞争和载人登月计划,20世纪60年代对轻帆技术的研究几乎停滞不前。直到20世纪70年代,美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的研究人员计划发射一艘带有帆作为推进器的航天器,以实现与哈雷彗星的“会面”。当时,其他技术几乎无法实现,因此该项目很快赢得了NASA项目。虽然由于技术限制和电力推进计划的竞争,该项目最终被放弃,但这是人类首次尝试使用太空帆进行太空探索。 “广范2号”是第一个在地球轨道上使用风帆的航天器,也是继日本IKAROS任务后成功使用轻型帆船的第二艘航天器。

那么太阳如何为太空船提供推力?

“帆的表面覆盖着反射阳光的金属薄膜。”清华大学航空航天学院副教授龚胜平说,光子既有能量又有动量。从动量的角度来看,更好地理解太阳压力。光子击中了轻帆。表面上的金属镀层被反射并与帆交换动量,使航天器具有飞行的能力。

不同形式的轻帆有其自身的优势

龚胜平描述了“广范2号”的“航行”过程:起初它被放置在卫星处于“包装”的收缩状态,并在进入空间后发射,并进行了轨道爬升通过使用轻压。

“轻帆的形式分为两种,一种是旋转型,一种是旋转稳定;另一种是支撑型,而且姿态是三轴稳定的。”龚胜平说,它们各有利弊,旋转展开模式不需要支撑结构结构简单,没有支撑结构可以获得更大的表面质量比,但是航天器旋转需要消耗一个一定量的能量,同时,很难改变帆的姿态(帆面的空间方向),而三轴稳定型则相反。 “广范2”是支持型,日本的IKAROS是旋转型。

由于帆的力量来自于太阳光,并且光的强度与太阳的距离的平方成反比,所以当它远离太阳时其加速性能将大大降低。因此,帆更接近太阳的太空探索任务具有更大的优势。然而,也可以使用帆的连续加速特性来检测远离太阳的空间,这需要在光压变小之前使用轻压将帆加速到大的速度。

“1平方公里面积的轻帆只有9牛顿左右,”龚胜平说。目前,帆覆盖的金属涂层材料几乎为铝,其日光利用率接近90%。虽然光压很小,但如果我们可以让光线足够轻,那就让它变亮。如果它足够大,你仍然可以获得大的光压加速度。

“例如,'撞星计划'提出的表面密度为0.2克/平方米的轻帆的轻压加速度可超过0.04米/秒。”龚胜平说。

激光驱动器将来会进一步飞行

2016年,霍金在微博上提出了“突破之星计划”。该计划旨在开发一种由激光阵列驱动的“纳米飞机”,以达到光速的五分之一,在发射后大约20年到达Alpha Centauri系统并在那里发回行星图像。

龚胜平说:“这个计划目前只是一个想法。在这种情况下,整个航天器只能有3.6克的质量,帆板的厚度约为1000纳米,需要将其激光强度推至200 GW。这相当于数千座三峡大坝产生的电力。“

帆的最大优点是航天器不需要携带燃料。从理论上讲,它可以始终在太空飞行,直到材料失效。因此,可以完成一些传统航天器难以实现的高能量,长期任务。

“然而,目前广范的研究还处于验证阶段。”龚胜平说,这个“广范2号”是一个验证完成使用伸缩杆膨胀,三轴稳定姿态控制,轨道轻压。攀岩等技术。

“在不久的将来,随着广范技术的进一步成熟,它有更广泛的应用。”龚胜平说。例如,在2020年,NASA的NEA Scout任务将配备一个轻帆探测小行星。

实习生林文辉我们的记者徐

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