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茶余饭后 - 28 Jul 2016 HAS 119400
"E-Sail" 把航天器送往太阳系边缘只需10年
"电子帆" 或将扬帆争流
"电子帆" 艺术效果图
美国国家航空航天局(NASA)的科学家近日公布了一种新型推进系统"电子帆(E-Sail)"
的细节,该系统能和太阳释放出的粒子相互作用,产生推力,从而让航天器获得前所未有的速度。相比"太阳帆" (太阳能板供电)提供动力的飞船,它将大幅缩短将航天器送往星际空间的时间。
研究人员表示,这一系统只需10年左右,就能将宇宙飞船送往太阳系边缘太阳风顶层,同样的距离,"旅行者" 号飞船花了35年。研究人员希望2020年左右对"电子帆" 系统进行测试。

利用太阳风前进
"电子帆" 概念的全名为"太阳风顶层静电快速传输系统电子帆" ,不使用内置推进剂,而是使用太阳风作为推进动力。

"电子帆" 由一台缓慢旋转的航天器以及10根到20根带电铝线制成。这些铝线虽然直径只有1毫米,但长度约有12.5英里。马歇尔先进概念办公室、"电子帆" 项目首席研究员布鲁斯魏格曼接受英国广播公司(BBC)采访时解释称:"电子帆将利用一些质子推动飞船前进。太阳以400至750千米/秒的高速向太阳风释放带正电的质子和电子,这些带正电荷的电线会与太阳风中带正电的质子相互排斥,从而推动宇宙飞船前行。"

目前,研究人员正在马歇尔太空飞行中心展开相关测试,测试将持续两年多时间。这些测试将确定被电线排斥而偏离的质子数量,以及受电线吸引的电子数量。工程师们也将进行等离子体测试,改进数据模型,用于"电子帆" 的进一步研发工作。

魏格曼说:"我们正在尝试证明这一技术,希望能在本世纪20年代初用其开展任务。我们也在研究其中的物理学原理,以厘清太阳风将产生多大推力。"

据悉,这一概念建立在芬兰气象研究所的派卡鉴胡能博士的发明之上,但研究人员表示,这一概念还有很多地方需要完善,可能还需要至少10年时间才能付诸实际。

时效优势更突出
随着航程的不断推进,"电子帆" 的有效面积将不断增大:航程为1个天文单位(AU,地球与太阳间的平均距离,约为9300万英里))时,其有效面积为232平方英里;但当航程达到5个天文单位时,有效面积将超过463英里。

有效面积的增大将使"电子帆" 比其他推进系统拥有更远的加速距离。例如,一般太阳帆飞船飞到小行星带时(航程为5个天文单位),太阳质子的能量就会开始消散,导致加速停止。魏格曼解释称:"但太阳风中的质子不会出现消散,由于质子流源源不断且有效面积持续增加,电子帆能继续加速飞行至16到20个天文单位,这也能产生更快的速度。"

2012年,NASA的"旅行者1" 号历经35年,跨越121个天文单位,成为第一艘穿越太阳风顶层进入星际空间的宇宙飞船。而借助新方法,飞船只需三分之一的时间就能完成同样的旅程。魏格曼表示:"我们能开展与旅行者1号飞船一样的任务,但只需10年或12年。
借助这一系统,我们能在5到6年内到达冥王星,是目前黎明号探测器所需时间的一半;两年内到达木星,而最近宇宙学界的超级网红朱诺号探测器历经5年才投入木星的怀抱。"

灵活且用途广泛
研究人员表示,尽管最新研究是为了将宇宙飞船送入太阳风顶层而设计,但它也能用于太阳系内天体的探测。"随着我们对这一概念系统的研究不断深入,我们越来越发现,这一方法不仅灵活,而且适用范围广。设计师们可以根据旅程的远近,是前往太阳系内行星、系外行星还是太阳风顶层来调谐电线的长度、电线的数量以及电压。"
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