天文太空

漫遊太空的帆船

第一艘太陽能光帆「宇宙一號」,將利用光子來推進船身!

撰文/任文駒(Philip Yam)
翻譯/李沃龍

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漫遊太空的帆船

第一艘太陽能光帆「宇宙一號」,將利用光子來推進船身!

撰文/任文駒(Philip Yam)
翻譯/李沃龍

材料表面的閃亮與摺皺,使它看起來比較像是冷凍食物的包裝,無法令人聯想與航向太空的新載具有關。當鋁化的「麥拉板」(一種聚酯樹脂製成的薄膜)反射陽光時,可自反衝的光子獲得小小的動力。所以只要有足夠的時間,一整片鋁化麥拉板便可像太陽光帆一樣航行,原則上每秒可達100公里以上,遠快於使用化學燃料的火箭。

被稱做「宇宙一號」(Cosmos 1)的第一艘太陽光帆將於2004年初試飛。這項以革命性新方式飛往行星、甚至恆星的試驗,似乎應該是美國航太總署(NASA)的計畫。NASA每年花費數百萬美元研究高階推進系統,但這一回,它卻選擇做一個旁觀者。

若宇宙一號試飛成功,將標示著熱愛太空事物的「行星學會」與娛樂媒體公司「宇宙工作室」(Cosmos Studios)三年來努力的收成。這兩個組織均可溯源自已故的著名學者薩根(Carl Sagan),利用它們與俄國太空當局以及工程師的關係從事這項計畫。它們以莫斯科巴貝金太空中心做為宇宙一號的主要承造者,總計花了400萬美元,這對於太空旅行的世界而言,可是便宜的價格。太空船主體由八片14米長、三角形的麥拉板所構成,它們自可膨脹的帆桅伸展出來,為的是將宇宙一號裝在改造的彈道飛彈頂端,再由俄國潛艇發射。一旦抵達軌道,太空船會吹脹帆桅,並將太陽帆伸展開來。帆體會像盛開的花朵般撐開,涵蓋面積廣達600平方公尺。陽光隨即供給光帆動力,將宇宙一號由原本800公里的 高度,推升至更高的軌道上。

準備出發:宇宙一號計畫主持人佛里特曼正概略檢查太陽光帆的船體。他原本希望能在10月份舉行試飛,但因與俄國海軍的活動撞期,而將日期延到2004年初。



行星學會執行長佛里特曼(Louis D. Friedman)推測,俄國的參與可能是NASA不願加入此計畫的一個原因。在非正式的討論裡,原本預定由NASA提供製造光帆的材料,厚度僅2.5微米,比起後來所使用由俄國製造的薄膜,厚度和重量都只有一半,也比較堅韌。佛里特曼說:「我們原本可以免費獲得那材料,並為他們免費測試。」但NASA高層卻從未核准這項計畫。他猜測,官僚體系可能存有「最高當局害怕民間公司與俄國從事與潛艦發射相關合作」的疑慮。

加州帕沙第納噴射推進實驗室、曾擔任NASA太陽光帆的首席工程師的普賴斯(Hoppy Price)就指出,在任何情況下,都有一套嚴格的規定管制NASA與其他國家的合作。他說:「NASA或許是擔心關於技術轉移的問題。」特別是,美國肯定不願與他國分享太陽光帆可能提供的某些軍事先進技術。比方說,有人就提出一項應用,建議讓太陽光帆在極地上空翱翔,若有人處於地球通訊死角時,便可提供寶貴的連結。

而NASA不願參與的最主要原因,很可能是因為風險太大。現任噴射推進實驗室太陽光帆計畫協調人墨菲(Neil Murphy)指出,由於受到哥倫比亞號太空梭失事調查報告的嚴重打擊,加上在1999年掉了兩艘航向火星的太空船,因此對於宇宙一號團隊的任務行動,「NASA實在無法再用納稅人的錢,承擔這樣的風險」﹔這項計畫風險太大了,佛里特曼說:「關切的重點在於,超過數十公尺的超薄材料究竟會發生什麼事?」

因為目前工程師目前並沒有較好的方法,在地球上測試材料在無重力環境下的行為。他補充說明:「你拿保鮮膜著到處揮舞,就可以想像各式各樣可能會發生的問題。」無論遭到撕裂、拍打或壓陷,都將損害光帆反射光子的能力。

墨菲解釋道,NASA也希望太陽光帆的發射是基於科學目的來改良模型,並計畫下一個太空任務。宇宙一號只不過是個展示,而且其組成並不適合長途旅行。舉例來說,可膨脹伸出的帆桅,由於無法避免微流星體的撞擊,因此無法長久保持堅硬的狀態。

NASA正在製造更先進的太陽光帆載具,可能是由四塊方形板子組成,但至少還得再等個好幾年才能準備好。這具由民間組裝的宇宙一號因此成為孤獨的選手,而NASA的工程師則只能在一旁當個吶喊助陣的啦啦隊。

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2003年第22期12月號】