NASA研發(fā)新推進(jìn)系統(tǒng)：只需十年可抵達(dá)太陽(yáng)系邊緣

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，NASA的工程師們近日公布了一項(xiàng)激進(jìn)的推進(jìn)系統(tǒng)的新細(xì)節(jié)。該系統(tǒng)或?qū)⒋蟠罂s短星際旅行的飛行時(shí)間。該系統(tǒng)將與太陽(yáng)釋放的粒子發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)與光子相斥，為飛船提供飛行動(dòng)力，并讓飛船以前所未有的高速運(yùn)行。研究人員表示，利用該系統(tǒng)，航天器只需十年時(shí)間便能抵達(dá)太陽(yáng)風(fēng)頂層，而“旅行者”探測(cè)器足足用了35時(shí)間才走完了這段路程。他們希望能在2020年之前對(duì)該系統(tǒng)展開(kāi)測(cè)試。

他們提出的概念名叫“太陽(yáng)風(fēng)頂層靜電快速傳輸系統(tǒng)（Heliopause Electrostatic Rapid Transit System，簡(jiǎn)稱(chēng)Herts）太陽(yáng)能電子帆項(xiàng)目”。太陽(yáng)能電子帆不需要內(nèi)置推進(jìn)劑，而是由太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)行推動(dòng)，最終到達(dá)太陽(yáng)風(fēng)頂層，也就是太陽(yáng)系的邊緣。

一艘緩緩旋轉(zhuǎn)的航天器將采用10至20根帶電的鋁線，打造出一張巨大的“太陽(yáng)能電子帆”。每根鋁線的直徑只有1毫米，但長(zhǎng)度足足有12.5英里（約合20公里），差不多相當(dāng)于219個(gè)足球場(chǎng)的長(zhǎng)度。圖為韋格曼博士正在展示一根這樣的鋁線。

在等離子體反應(yīng)室中，高強(qiáng)度太陽(yáng)環(huán)境測(cè)試系統(tǒng)將檢測(cè)一根帶電鋁線將與多少光子和電子相撞。工程師們還會(huì)開(kāi)展等離子體測(cè)試，并改進(jìn)數(shù)據(jù)模型。

“我們能在10年、或12年之內(nèi)就完成旅行者號(hào)此前執(zhí)行的任務(wù)。”NASA馬歇爾先進(jìn)概念辦公室的工程師、太陽(yáng)能電子帆（E-Sail）項(xiàng)目的首席調(diào)查員布魯斯·韋格曼（Bruce Wiegmann）說(shuō)道。“我們只用五六年時(shí)間就能抵達(dá)冥王星，只用兩年就能抵達(dá)木星。”

他們提出的概念名叫“太陽(yáng)風(fēng)頂層靜電快速傳輸系統(tǒng)（Heliopause Electrostatic Rapid Transit System，簡(jiǎn)稱(chēng)Herts）太陽(yáng)能電子帆項(xiàng)目”。太陽(yáng)能電子帆不需要內(nèi)置推進(jìn)劑，而是由太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)行推動(dòng)，最終到達(dá)太陽(yáng)風(fēng)頂層，也就是太陽(yáng)系的邊緣。

一艘緩緩旋轉(zhuǎn)的航天器將采用10至20根帶電的鋁線，打造出一張巨大的“太陽(yáng)能電子帆”。“我們將把這些又長(zhǎng)又細(xì)的鋁線接在緩慢旋轉(zhuǎn)的航天器外面，并讓它們帶上正電荷。帶正電荷的鋁線將與太陽(yáng)風(fēng)中帶正電荷的離子相斥，從而把飛船向前推去。這就像我們?cè)趯W(xué)校里玩的磁鐵一樣，磁鐵是會(huì)同性相斥的。”

每根鋁線的直徑只有1毫米，但長(zhǎng)度足足有12.5英里（約合20公里），差不多相當(dāng)于219個(gè)足球場(chǎng)的長(zhǎng)度。太陽(yáng)能電子帆將與太陽(yáng)風(fēng)中的光子相斥，為飛船提供前進(jìn)的動(dòng)力。“太陽(yáng)風(fēng)中光子和電子的運(yùn)動(dòng)速度非?？?，可以達(dá)到每秒400至750公里。”布魯斯·韋格曼說(shuō)道，“太陽(yáng)能電子帆將利用這些光子推動(dòng)飛船向前運(yùn)行。”

NASA馬歇爾航天飛行中心的研究人員們已經(jīng)開(kāi)始了相關(guān)測(cè)試，這將會(huì)持續(xù)兩年多時(shí)間。他們需要確定有多少光子會(huì)與鋁線相斥，又有多少電子會(huì)與鋁線相吸。工程師們還會(huì)開(kāi)展等離子體測(cè)試，并改進(jìn)數(shù)據(jù)模型，用于太陽(yáng)能電子帆的進(jìn)一步研發(fā)。不過(guò)，專(zhuān)家稱(chēng)該計(jì)劃存在一定的問(wèn)題。

“我們正在努力改進(jìn)這一技術(shù)。”韋格曼說(shuō)道，“我們還在學(xué)習(xí)相關(guān)的物理知識(shí)，以便計(jì)算太陽(yáng)風(fēng)能夠提供多大的推力。”

這一構(gòu)想建立在芬蘭氣象研究所的佩卡·詹胡南博士（Dr Pekka Janhunen）的發(fā)明的基礎(chǔ)之上，但研究人員稱(chēng)，還有大量工作尚待完成，也許要再過(guò)10年，這一計(jì)劃才能投入實(shí)際使用中。

隨著航天器飛行得越來(lái)越遠(yuǎn)，太陽(yáng)能電子帆的有效區(qū)域?qū)⒉粩嘣黾印Ｔ诰嚯x為1天文單位時(shí)，有效區(qū)域約為232平方英里（約合600平方公里），而當(dāng)距離為5天文單位時(shí)，有效區(qū)域就將超過(guò)463平方英里（約合1199平方公里）。

通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)使用太陽(yáng)帆的航天器到達(dá)5天文單位處的小行星帶時(shí)，太陽(yáng)光子的能量就會(huì)消失，導(dǎo)致航天器無(wú)法繼續(xù)加速。但研究人員認(rèn)為，太陽(yáng)能電子帆在過(guò)了這一節(jié)點(diǎn)之后，仍能繼續(xù)加速前進(jìn)。

“我們不需要為太陽(yáng)風(fēng)中的光子擔(dān)心，”韋格曼說(shuō)道，“光子的供應(yīng)源源不斷，再加上有效面積不斷增加，太陽(yáng)能電子帆將繼續(xù)加速前進(jìn)，到達(dá)16至20個(gè)天文單位處，這至少是太陽(yáng)帆航天器運(yùn)行距離的三倍。此外，太陽(yáng)能電子帆航天器的速度也要快得多。”

NASA的旅行者1號(hào)于2012年抵達(dá)了太陽(yáng)能風(fēng)頂層，此時(shí)離它踏上征程已經(jīng)過(guò)去了將近35年時(shí)間。而利用這種新方法，航天器抵達(dá)太陽(yáng)能風(fēng)頂層的時(shí)間將縮短為原來(lái)的三分之一不到。“我們的研究顯示，由太陽(yáng)能電子帆驅(qū)動(dòng)的星際探測(cè)器只需不到10年時(shí)間就能抵達(dá)太陽(yáng)能風(fēng)頂層。”韋格曼指出，“這將使這一類(lèi)任務(wù)的科學(xué)收益產(chǎn)生革命性的變化。“

雖然這一技術(shù)適合用來(lái)把航天器帶到太陽(yáng)能風(fēng)頂層，但研究人員表示，它也可以用來(lái)開(kāi)展太陽(yáng)能內(nèi)部的探索任務(wù)。“我們?cè)谘芯窟@一構(gòu)想時(shí)，可以清晰地發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)的靈活性和適應(yīng)性很強(qiáng)。”韋格曼說(shuō)道。“航天任務(wù)和航天器設(shè)計(jì)師們可以根據(jù)自己的不同需求改變鋁線的長(zhǎng)度、數(shù)量和電壓水平。太陽(yáng)能電子帆是非常靈活的。”