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發(fā)布時(shí)間： 2016年07月27日
美國國家航空航天局（NASA）的科學(xué)家近日公布了一種新型推進(jìn)系統(tǒng)“電子帆（E-Sail）”的細(xì)節(jié)，該系統(tǒng)能和太陽釋放出的粒子相互作用，產(chǎn)生推力，從而讓航天器獲得前所未有的速度。相比“太陽帆”（太陽能板供電）提供動(dòng)力的飛船，它將大幅縮短將航天器送往星際空間的時(shí)間。
研究人員表示，這一系統(tǒng)只需10年左右，就能將宇宙飛船送往太陽系邊緣——太陽風(fēng)頂層，同樣的距離，“旅行者”號(hào)飛船花了35年。研究人員希望2020年左右對(duì)“電子帆”系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
利用太陽風(fēng)前進(jìn)
“電子帆”概念的全名為“太陽風(fēng)頂層靜電快速傳輸系統(tǒng)電子帆”，不使用內(nèi)置推進(jìn)劑，而是使用太陽風(fēng)作為推進(jìn)動(dòng)力。
“電子帆”由一臺(tái)緩慢旋轉(zhuǎn)的航天器以及10根到20根帶電鋁線制成。這些鋁線雖然直徑只有1毫米，但長度約有12.5英里。馬歇爾先進(jìn)概念辦公室、“電子帆”項(xiàng)目首席研究員布魯斯·魏格曼接受英國廣播公司（BBC）采訪時(shí)解釋稱：“‘電子帆’將利用一些質(zhì)子推動(dòng)飛船前進(jìn)。太陽以400至750千米/秒的高速向太陽風(fēng)釋放帶正電的質(zhì)子和電子，這些帶正電荷的電線會(huì)與太陽風(fēng)中帶正電的質(zhì)子相互排斥，從而推動(dòng)宇宙飛船前行?！?/span>
目前，研究人員正在馬歇爾太空飛行中心展開相關(guān)測(cè)試，測(cè)試將持續(xù)兩年多時(shí)間。這些測(cè)試將確定被電線排斥而偏離的質(zhì)子數(shù)量，以及受電線吸引的電子數(shù)量。工程師們也將進(jìn)行等離子體測(cè)試，改進(jìn)數(shù)據(jù)模型，用于“電子帆”的進(jìn)一步研發(fā)工作。
魏格曼說：“我們正在嘗試證明這一技術(shù)，希望能在本世紀(jì)20年代初用其開展任務(wù)。我們也在研究其中的物理學(xué)原理，以厘清太陽風(fēng)將產(chǎn)生多大推力。”
據(jù)悉，這一概念建立在芬蘭氣象研究所的派卡·鑒胡能博士的發(fā)明之上，但研究人員表示，這一概念還有很多地方需要完善，可能還需要至少10年時(shí)間才能付諸實(shí)際。
時(shí)效優(yōu)勢(shì)更突出
隨著航程的不斷推進(jìn)，“電子帆”的有效面積將不斷增大：航程為1個(gè)天文單位（AU，地球與太陽間的平均距離，約為9300萬英里)）時(shí)，其有效面積為232平方英里；但當(dāng)航程達(dá)到5個(gè)天文單位時(shí)，有效面積將超過463英里。
有效面積的增大將使“電子帆”比其他推進(jìn)系統(tǒng)擁有更遠(yuǎn)的加速距離。例如，一般太陽帆飛船飛到小行星帶時(shí)（航程為5個(gè)天文單位），太陽質(zhì)子的能量就會(huì)開始消散，導(dǎo)致加速停止。魏格曼解釋稱：“但太陽風(fēng)中的質(zhì)子不會(huì)出現(xiàn)消散，由于質(zhì)子流源源不斷且有效面積持續(xù)增加，‘電子帆’能繼續(xù)加速飛行至16到20個(gè)天文單位，這也能產(chǎn)生更快的速度?！?/span>
2012年，NASA的“旅行者1”號(hào)歷經(jīng)35年，跨越121個(gè)天文單位，成為第一艘穿越太陽風(fēng)頂層進(jìn)入星際空間的宇宙飛船。而借助新方法，飛船只需三分之一的時(shí)間就能完成同樣的旅程。魏格曼表示：“我們能開展與‘旅行者1’號(hào)飛船一樣的任務(wù)，但只需10年或12年。借助這一系統(tǒng)，我們能在5到6年內(nèi)到達(dá)冥王星，是目前‘黎明’號(hào)探測(cè)器所需時(shí)間的一半；兩年內(nèi)到達(dá)木星，而最近宇宙學(xué)界的超級(jí)‘網(wǎng)紅’‘朱諾’號(hào)探測(cè)器歷經(jīng)5年才投入木星的‘懷抱’。”
靈活且用途廣泛
研究人員表示，盡管最新研究是為了將宇宙飛船送入太陽風(fēng)頂層而設(shè)計(jì)，但它也能用于太陽系內(nèi)天體的探測(cè)?！半S著我們對(duì)這一概念系統(tǒng)的研究不斷深入，我們?cè)絹碓桨l(fā)現(xiàn)，這一方法不僅靈活，而且適用范圍廣。設(shè)計(jì)師們可以根據(jù)旅程的遠(yuǎn)近，是前往太陽系內(nèi)行星、系外行星還是太陽風(fēng)頂層來調(diào)諧電線的長度、電線的數(shù)量以及電壓?！?/span>
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