科学家介绍太阳风帆的工作原理

新浪科技讯 北京时间4月18日消息，据国外媒体报道，自芬兰科学家两年前提出“太阳风帆”的概念后，这一新兴技术开始得到飞速的发展。由于太阳风帆以宇宙中的太阳风作为动力源，不需要其它任何燃料或者推进物，因此有望在人类太空旅行领域掀起一场新的革命。

　　利用太阳风提供源动力

　　两年前，芬兰气象研究所(FMI)的科学家佩卡-简胡伦博士首次提出研发一种“太阳风帆”，并称这将有望在太空旅行领域掀起一场新的革命。太阳风帆主要使用太阳风作为推力源，因此不需要任何燃料或推进物。太阳风是太阳发射出的持续不断的等离子流，太阳风属性的变化会引起其它宇宙体中的极光增亮和磁暴。这种太阳风帆的主要部分是一些长长的金属绳和一个太阳能驱动的电子枪，金属绳在电子枪的作用下带正电荷。太阳风则对金属绳和太空飞船施加小而持续的推力。佩卡-简胡伦博士说：“到目前为止，我们还没有碰到技术领域的大问题，这使我们能够开始计划首次测试任务。”

　　当芬兰赫尔辛基大学电子学研究实验室成功运用超声波焊接技术，从一些极细的金属电线中找出构建多线条、防微流星体金属绳的方法时，研究人员们的一个重要次目标就实现了。这种新研发的技术使得细长的金属电线可以以任意几何形状连接在一起，此外，这种技术还有可能派生出电子帆以外其它领域的应用。该电子帆将带来更快、更低成本的太阳系探索，以及更经济的小行星资源利用，如产生轨道中的火箭燃料。佩卡-简胡伦博士说：“这种电子帆将降有望低所有太空活动的成本，例如，帮助我们制造大型的太阳能卫星，这是产生干净电流的一种可行方法。在持续的阳光照射下，绕轨道运行的太阳能卫星将通过微波无间断地向地球传输电能。不间断的电能将比地基太阳能更具优势，因为它可以在夜间、多云的天气和冬季储存能量，因此特别适用于遥远的北方。”

　　电子太阳风帆的安装组建工作将在赫尔辛基大学、德国、瑞典、俄罗斯和意大利进行，它是芬兰气象研究所在研究太阳风与行星及其大气的相互作用时的一个副产品。目前，芬兰电子帆的研究工作是由芬兰研究院和私人基金会出资赞助的。

　　将给太空旅行带来革命

　　科学家们目前正在研制的一种新型宇宙飞船，它可能成为人类有史以来所制造出的飞行速度最快的物体，并帮助人类实现对太阳系以外宇宙的探索。这种飞行器利用充满等离子体的巨大磁泡来从太阳风获得推动力，预计飞行速度可达到每小时28.8万公里，比目前的宇宙飞船快10倍。日前，美国国家航空和航天局向华盛顿大学的罗伯特-温利教授及其小组提供了50万美元的研究资金，鼓励他们在“微磁层等离子体推进系统”(M2P2)方面的研究工作。

　　据温利教授介绍，他们的研究重点是创造出一个磁泡，使太阳风发生偏转。众所周知，太阳风是由膨胀速度达到每小时160万公里的带电粒子形成的。在这种条件下，一个果酱瓶大小的螺线管产生的磁场就比地球磁场强1000倍。而在这个磁场当中，将存在一个直径达30至60公里的等离子体磁泡，同时磁场中的等离子体不断与太阳风中的带电粒子交互作用，推动宇宙飞船向前飞行。从前，科学家设想利用太阳风的能量时主要考虑采用巨大的折叠式宇宙帆，其缺点是太重，而M2P2系统只需要区区3公斤氦燃料就能维持飞船3个月的飞行。虽然宇宙飞船得到的助推力并不大(大约只有1个牛顿)，可是它却是持续性地发挥效能，因此能使飞船不断加速，直至达到极限。

　　假设M2P2系统能够顺利升空，它将能够在旅行者一号宇宙飞船之前飞抵太阳系的边缘。旅行者一号是目前飞离地球最远的人造飞行器，它于1977年升空，已经飞行了109亿公里，但是M2P2系统能够在2013年赶上并超过它。温利教授说，至于星系之间的探索任务，M2P2也完全可以胜任，因为只要在磁泡中加入更多的尘埃粒子，就可以进一步加强对它的推动力。(刘妍）