我国太阳帆取得成功，天帆一号实现突破，剑指太阳系深处

在航天领域，最让科学家头疼的就是燃料问题。为了支持漫长的航行以及持续工作的各种高精尖设备，航天器必须拥有足够的动力才行。可是，携带的燃料过多，对于携带来说也不方便，还会占据本就局促的航天器内部空间。

不过，在宇宙中，有一种能源是取之不尽，用之不竭的，那就是太阳能。在宇宙空间中，没有大气层的阻隔，太阳的能量可以更好地被接收和利用。因此，太阳的能量电池对于航天器来说，是在宇宙中穿梭的利器。

大家会注意到，我们的用词比较奇怪——太阳的能量，而非太阳能。实际上，太阳帆的原理，和我们所说的利用太阳能，是有所不同的。我们通常说到的太阳能，指的是利用太阳的辐射能量，转化为电能储存起来，然后加以利用。而太阳帆所利用的，并不是这个原理。

我们知道，太阳在进行核聚变的时候会释放大量的光。我们平时生活中虽然感受不到光照射在自己身上会有什么感受，但实际上它会提供微弱的压力，物理学上成为光压。形象一点来说就是：像空气一样，我们平时感觉不到空气的压力，但是空气流动起来的时候，就变成了风，就可以吹走物体。光压虽然极小，但是如果放到太空这种没有空气阻力的环境下，就可以推动物体前进，而且效果极好。太阳光是无限的，而且比太阳辐射（太阳能的来源）传播得要远得多，因此如果航天器能够利用这股能量，甚至可以把目标定在太阳系以外。

实际上，早在400多年前，人类对于太空的认知还极其有限的情况下，著名天文学家开普勒就设想过利用太阳的能量来实现对人造物体提供能量从而在太空中飞行的情况。在他的设想里，彗星就是这种航天器的原型。1924年，俄国航天事业的先驱齐奥尔科夫斯基和其同事灿德尔正式提出了太阳帆的概念。2001年，人类历史上第一个太阳帆——宇宙一号在俄罗斯的一个潜艇上发射升空，但是遭到了失败。同时，世界各国天文学家也认识到了太阳帆的好处，纷纷加入研究，但是收效甚微。截至2012年，只有日本一个航天器实现了利用太阳的能量进行星际航行。

同样的，我国天文学家也看到了太阳帆的前景，国内有许多机构加入到了对太阳帆的开发行列中来。2011年，中国科学院沈阳自动化研究所也加入进来，开始研发太阳帆，并且把第一个研发的太阳帆命名为“天帆一号（SIASAIL-I）”。

科学家表示：如果太阳帆的直径达到300米的话，它的面积就可以超过70000平方米。这个太阳帆可以让一个0.5吨的航天器用200多天的时间飞到火星去。如果我们把这个太阳帆做得更大一点，直径达到2000米，可以让一个航天器轻松超越第三宇宙速度，向太阳系以外进发。

不过，大家显然已经注意到了：这个太阳帆的尺寸，有点扯淡吧……

首先，它毕竟太大了，不怕磕磕撞撞吗？当然，这个问题其实不用考虑，毕竟宇宙空间中，天体的距离动辄就是几千万公里，一个直径仅两公里的太阳帆，想撞上天体比较难。

可是，这么大的太阳帆，我们怎么把它发射升空呢？哪有那么大的发射场和火箭呢？

这就是研发的关键了。

天帆一号两级展开过程示意图

太阳帆如此巨大，自然不会在地面就完全搭建好。因此，科学家决定：在地面把各部分都完全做好，等太阳帆进入太空之后，再完全展开，这样就可以解决尺寸带来的困扰了。

问题就在于，太阳帆的展开技术，比较难以实现。太阳帆不是你想展，想展就能展，否则前人就不会失败这么多次了。

据介绍，沈阳自动化研究所（毕竟小编是沈阳人，要自豪一波）的“天帆一号”采用两级展开的方法。第一级展开利用热切割的被动展开方式实现，然后整个航天器翻转90度以更好地接收太阳光压。第二级展开采用的是主动展开，伸出四根双稳态帆桁，将面积约为0.6平方米的聚酰亚胺帆膜逐渐展开，接受太阳光压的驱动。在天帆一号的带动下，与沈阳自动化研究所联合的长沙天仪研究院开发的立方星（现在国际比较热门的微、小型人造卫星，重量一般不超过100公斤）潇湘一号07星卫星平台在宇宙中正常工作。

天帆一号在轨展开过程中的部分照片

不过，从这个数字上我们可以看出，天帆一号还是非常小的，和目标中的太阳帆有着很大的差距。当然，这是科学进步的正常过程，循序渐进，而不是拔苗助长。

在接下来的工作中，沈阳自动化研究所还将对机构寿命、材料特性和轨道高度等方面进行深入研究，并且与国内外先进机构联合，不断提高太阳帆的性能。相信在不远的将来，我们可以看到太阳帆技术的持续突破。人类剑指太阳系边缘的日子，越来越近了。

参考资料：中国科学院沈阳自动化研究所《沈阳自动化所在轨进行太阳帆关键技术试验取得成功》

人民网《小知识：太阳光压·光热和太阳风》