演示太阳帆技术
“轻帆”计划

2015.11.20

布鲁斯·贝茨（行星学会科学技术主任）

太阳帆是一种利用太阳光子作为推进力，通过展开超薄膜帆的航天器。这种太阳帆有望节省能源并可持续运行，预计将在不久的将来在太空探索计划中发挥重要作用。尽管自 1800 年代以来就一直在进行基于光子的能源研究，但直到最近几年才进行了利用光子进行太空探索的实验。在这一领域，日本的JAXA（日本宇宙航空研究开发机构）、NASA以及卡尔·萨根等人于1980年创立的美国行星学会^＊1正在引起人们的注意。行星协会（*1）已经多次发射了名为“光帆”的实验性太阳帆，目前正在为下一次发射做准备。我们向该协会的科技总监布鲁斯·贝茨询问了其未来的前景。

（采访/文/泷口纪子照片/桥本哲 (PYXIS))

使用阳光光子作为推进力

[图1]光帆A的飞行图像

[图 2] 太阳帆的工作原理。它从太阳光子中获取推进力。

──2015年6月，行星协会发射了实验性太阳帆“LightSail A”，目前正在为明年的第二个太阳帆“LightSail-B”做准备。您最初为什么决定开发太阳帆技术？

行星协会的宗旨是开发空间技术领域的创新技术，并以只有我们能做到的方式为太空探索做出贡献。在这种情况下，太阳帆技术被定位为与公众分享太空探索兴趣的最佳选择。

──太阳帆技术利用太阳发出的光子为航天器产生推进力，但人们并不普遍知道阳光具有这样的力量。

光帆经常被误认为是利用太阳风而不是光子。然而，光子引起的太阳压力的驱动力实际上比太阳风大10倍左右。光应该推动帆，这似乎很奇怪。推进力相当于手掌上的苍蝇，一般情况下几乎感觉不到。这在真空和大帆面、不受气流或阻力阻碍的太空环境中是有意义的。你还必须达到一定的高度。总之，这项技术无法在地球上使用，但如果在太空环境中使用，则意义重大，因为它可以提供恒定的加速度，并且不需要燃料。光帆还储存太阳能电池板的能量，并用它来为发动机和计算机提供动力，但它们仅利用太阳能压力进行推进。

各国组织开展的太阳帆研究

──太阳帆的历史可以追溯到很久以前。

行星协会创始人之一路易斯·弗里德曼 (Louis Friedman) 于 20 世纪 70 年代在 NASA 喷气推进实验室 (JPL) 工作时提出了太阳帆概念。弗里德曼个人对这项技术很感兴趣，并指导了我们的发展。

──除了行星协会之外，还有其他组织也在关注太阳帆技术。

各地正在研制太阳帆实验飞行器。第一个实现成功运行的是IKAROS，由日本JAXA（日本宇宙航空研究开发机构）于2010年发射。 2005年，行星协会计划建造第一艘实验航天器，名为宇宙一号，其大小与伊卡洛斯相似，但由于其搭载的俄罗斯火箭出现故障而未能完工。大约在同一时间，NASA 开发了 NanoSail-D，我们从中学到了很多东西，并创建了一个具有类似形状的实验性太阳帆。然而，虽然它们看起来很相似，但它们的内容却截然不同。 NASA的NanoSail-D被设计用于执行发射测试，没有通信或姿态控制功能，有一个小帆，并且被设计为拖帆（根据来自行星大气层的阻力进行导航）。