天文太空

御光航向太空

光帆太空船以太陽光為動力,將可能「照亮」遠距太空任務之路。

撰文/許杰仁(Jeremy Hsu)
翻譯/鍾樹人

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御光航向太空

光帆太空船以太陽光為動力,將可能「照亮」遠距太空任務之路。

撰文/許杰仁(Jeremy Hsu)
翻譯/鍾樹人


太空中沒有加油站,美國航太總署(NASA)和幾家航太公司為了讓平價、輕量化的太空船執行遠距任務,正想辦法借助太陽光做為動力。可行方案包括利用太陽光前進的「光帆」,以及新一代太陽能電力推進(solar electric propulsion)系統。


接下來幾個月,由私人資助的光帆二號(LightSail 2)計畫將發射便當盒大小的太空船進入地球軌道,並張開一面兩個停車位大小的麥拉板光帆。這些技術一旦成功,可望激勵NASA執行火星任務,甚至前往更遙遠的地方。


光帆不是科幻故事,2010年,日本伊卡洛斯(IKAROS)探測器在金星任務中就證明這個概念可行。光帆二號計畫由非營利組織行星學會(Planetary Society)資助,預計花費545萬美元。支持者表示,這項計畫可以使成本低廉的立方衛星(CubeSat)在地球軌道上運行,而不需要倚賴燃料。NASA預計於2019年發射光帆進行近地小行星(Near-Earth Asteroid, NEA)偵查任務,光帆二號的經驗可當做參考。


NASA馬歇爾太空飛行中心的詹森(Les Johnson)擔任NEA偵查任務的首席技術研究員,他表示:「光帆真正的利基在於極輕酬載下低動力需求、可進行長時間任務。」穩定的光壓(每平方公尺推力小於0.007公克重)可逐步加速小型探測器。詹森解釋,改變太陽光照射帆面的角度,就可使光帆傾斜、操縱太空船。這項技術非常適合時間充裕、經費較少、酬載極輕的任務,例如NEA偵查任務。


太陽光抵達木星時,對多數以光帆航行的任務來說已經非常微弱。但詹森和NASA位於華盛頓特區的太空技術任務管理局的首席工程師希伊(Jeffrey Sheehy)認為,若使用強力雷射,光帆太空船可加速到光速的1/10以上,這項技術很有潛力,可做為星際任務的基礎。私人資助的突破星擊(Breakthrough Starshot)任務便希望以這種方式,把太空船送到離地球最近的另一個星系──在20年內飛掠半人馬座α星。


希伊表示,透過太陽能電力推進系統,太陽光可以間接推動大型無人或載人太空船。太陽能板可提供電力,讓低耗能推進器把氣體轉換成電漿噴流,藉此推動太空船。


NASA已與引擎製造商洛克達因航太公司和達星火箭(Ad Astra Rocket)等公司合作,為這些系統的動力輸出進行升級。希伊表示:「目前,太陽能電力推進系統只能產生幾千瓦動力,我們正試圖升級以產生數十千瓦,下一個里程碑是數百千瓦。」


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