這種革命性的太空旅行方法，可能使未來的科學(xué)任務(wù)能夠研究太陽的極地地區(qū)。
上圖：科學(xué)家對衍射光帆的構(gòu)想。 彩虹狀的圖案類似于CD碟片在光線下的樣子。
一個開發(fā)衍射式太陽帆的項目，已經(jīng)進入了NASA先進概念計劃的第三階段，也是最后一階段。該項目背后的團隊現(xiàn)在有兩年的時間來進一步開發(fā)這種非常規(guī)的空間推進手段。
NASA 今天宣布，除了延期兩年外，由約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的安珀·杜比爾（Amber Dubill）領(lǐng)導(dǎo)的衍射光帆項目，還獲得了額外的200萬美元。第三階段的資金是通過航天局的創(chuàng)新先進概念（NIAC）計劃提供的。有了額外的時間和資金，安珀·杜比爾和她的同事們現(xiàn)在將致力于一項示范任務(wù)。
美國宇航局局長比爾·納爾遜（Bill Nelson）在聲明中表示：“隨著我們探索到比以往任何時候都更遠的宇宙，我們將需要創(chuàng)新的尖端技術(shù)來推動我們的任務(wù)。美國國家航空航天局的創(chuàng)新先進概念項目有助于釋放有遠見的想法（比如新穎的太陽帆），并使它們更接近現(xiàn)實。”
衍射太陽帆項目于2019年進入 NIAC 第二階段。羅切斯特理工學(xué)院工程師格羅弗·斯沃茨蘭德（GroverSwartzlander）領(lǐng)導(dǎo)了NIAC項目的前兩個階段，現(xiàn)在將繼續(xù)擔任聯(lián)合研究員。
安珀·杜比爾表示：“能夠加入NIAC的富有想象力和創(chuàng)造性的團隊，我感到無比興奮。實際上，從2017年開始，我以各種身份參加了不同的NIACs，但能夠領(lǐng)導(dǎo)一屆NIACs是我夢寐以求的榮譽。多年來，我一直受到我的合作研究人員的指導(dǎo)，他們信任我，讓我領(lǐng)導(dǎo)這項研究，并在一個鼓勵這種創(chuàng)新的機構(gòu)繼續(xù)開發(fā)這項研究，這對我來說意義重大?！?/p>
太陽帆的工作原理是利用太陽光推動飛行器在太空中穿行，類似于風(fēng)推動帆船在水面上航行。與使用行星協(xié)會開發(fā)的反射帆不同，正在提議的系統(tǒng)將使用衍射帆。衍射的一個可取屬性是，當光通過一個小開口時，它會導(dǎo)致光擴散。以下是格羅弗·斯沃茨蘭德在2019年對這一概念的描述：
我們即將進入太空旅行的新時代，利用太陽輻射對又大又薄的帆膜施加壓力。在過去的100年里，傳統(tǒng)的想法是使用反射帆，比如在薄聚合物上涂一層金屬涂層，然后在太空中展開，但你也可以得到一個基于衍射定律的力。與反射式風(fēng)帆相比，我們認為衍射帆的效率更高，能夠更好地承受太陽的熱量。這些帆是透明的，因此它們不會從太陽吸收大量熱量，而且我們不會像使用金屬表面那樣遇到熱量管理問題。
傳統(tǒng)反光設(shè)計的缺點包括帆又大又薄。它們還受到陽光方向的限制，這限制了電力或?qū)Ш?，因為你不能同時擁有兩者。相比之下，衍射光帆在帆的材料上使用微小的光柵來衍射光線。正如美國宇航局所說，這將使宇宙飛船“在不犧牲機動性的情況下更有效地利用陽光”。由安珀·杜比爾提出的設(shè)計可以產(chǎn)生更小更靈活的帆。還有一個有趣的副作用是，光帆上會產(chǎn)生彩虹圖案，就像CD碟片在光線下的樣子。
在NIAC第一階段和第二階段，該團隊設(shè)計、創(chuàng)造和測試了各種衍射帆材料。該團隊還進行了測試，并針對未來的太陽能任務(wù)開發(fā)了導(dǎo)航和控制方案。事實上，衍射帆可以使圍繞太陽極區(qū)軌道運行的衛(wèi)星星座成為可能。在太陽的北極和南極上空，太陽帆衛(wèi)星，擁有永久的動力來源，將進行前所未有的科學(xué)觀測。
安珀·杜比爾解釋道：“衍射太陽航行是對幾十年前的光帆愿景的現(xiàn)代詮釋。雖然這項技術(shù)可以改進多種任務(wù)架構(gòu)，但它有望極大地影響太陽物理學(xué)界對獨特太陽觀測能力的需求?！?/p>
安珀·杜比爾還描述了未來兩年的兩個主要目標：開發(fā)衍射帆，以及利用衍射帆開發(fā)太陽極軌衛(wèi)星星座任務(wù)。
“我們計劃設(shè)計、優(yōu)化和制造衍射帆材料樣品，我們想通過光學(xué)測試和空間環(huán)境測試來表征它們，”安珀·杜比爾說道?！芭c此同時，我們計劃發(fā)展太陽極地軌道飛行器任務(wù)的愿景，通過建立帆的最佳軌跡和姿態(tài)控制，實現(xiàn)由我們的太陽物理學(xué)家要求的有效載荷套件的太陽觀測。通過擴展衍射帆的設(shè)計和開發(fā)整體帆船概念，我們的目標是為未來使用衍射光帆技術(shù)的演示任務(wù)奠定基礎(chǔ)。”
如果一切按計劃進行，這個概念可能會導(dǎo)致實際的天基任務(wù)和擬議的太陽衛(wèi)星。
如果朋友們喜歡，敬請關(guān)注“知新了了”！
