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【两项新研究为建造驱动星际旅行用的光帆提出了解决方案】
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几个世纪以来 ， 人们一直梦想着在光之风的带动下 ， 穿越浩瀚的太空海洋 。 尽管这个想法听起来很异想天开 ， 但仅使用光子的冲击力将反射帆慢慢推向光速 ， 这可能是我们在人类一生中到达另一颗恒星的唯一合理机会 。
说起来容易做起来难 。 光粒子可能很快 ， 但它们的推力并不大 。 如果你制造出足够轻的帆来感受辐射的惯性 ， 那么持续不断的光子弹幕可能会在不经意间损坏它的材料 。
在如此漫长的旅程中制造出能够承受威胁航天器的危险的帆将需要一些巧妙的解决方案；也许是最近发表在《纳米快报》杂志上的两项研究中提出的解决方案 。
作为“突破摄星”计划的一部分 ， 这些创新由美国宾夕法尼亚大学和加利福尼亚大学洛杉矶分校的工程师设计 ， 旨在找到一种方法来平衡星际飞船所需帆的耐用性和质量 。
宾夕法尼亚大学的机械工程师伊戈尔·巴尔加廷说：“轻型帆的想法已经存在了一段时间 ， 但我们现在正在研究如何确保这些设计能够在旅途中幸存下来 。 ”
就像空气粒子撞击由布制成的帆一样 ， 辐射波与它们撞击的任何物体交换动量 。 与空气分子、光子或轻分子不同 ， 它们没有任何静止质量 ， 因此它们施加的任何力都会很小 。
例如 ， 当您晒日光浴时从您的身体反射回来的光的强度大致相当于大约千分之一克 。
有几种方法可以增强这种压力以使物体移动 。 一是做一个更大的帆 ， 可以捕捉更多的光 。 另一种方法是使照射到它的光更强烈 ， 例如 ， 通过将大量激光对准它 。
但这里存在一些问题 ， 更大的帆意味着更大的质量 。 修剪质量会使其更容易推动 ， 但可能会降低其坚固性 ， 从而使帆面临撕裂的风险 。
更多的光线也会带来一些问题 。 例如 ， 随着帆的加速 ， 撞击它的辐射波长似乎会缓慢地移向彩虹的红色一端 ， 从而限制了不会吸收过多红外线和过热的材料种类 。
寻找合适的材料来使光帆坚固、轻便 ， 并且能够处理千兆瓦拉伸激光产生的热量 ， 这一直是之前研究的主题 。 但没有人真正关注在加速飞行器所需的特定距离内保持低吸收和高动量之间的权衡 。
在这项最新建议中 ， 工程师们建议用由二硫化钼和氮化硅化合物组成的两层制成帆 ， 这两种化合物都可以制成片材 ， 并且具有各种光学特性 ， 可以在拉伸时平衡光的最小吸收和发射出去 。
第二篇论文不是从材料的角度解决了这个问题 ， 而是从结构的角度来处理激光阵列将施加的增加的光子压力的应变 。
弯曲帆可以提高稳定性 ， 就像在降落伞中所做的那样 ， 但正如该研究的作者所指出的那样 ， 很少有人研究轻压力会对这种结构施加的应力 。
在平方米的尺度上模拟一个圆形的、球形弯曲的帆——一个可以拖曳几克有效载荷的帆——该团队证明了足够的曲率绝对是要走的路 。
与另一项研究类似 ， 研究人员还修补了加速时间的差异 ， 以找到机械和热应力以及行程时间的正确平衡 。
理想情况下 ， “突破摄星”希望使飞船足够轻 ， 可以达到光速的20%左右；足以在短短几十年内到达距离我们4.2光年远的比邻星 。
需要注意的是 ， 这项技术可能永远无法运送乘客 。 在一段时间内 ， 这仍将是科幻小说的素材 。 但它可能会让我们近距离观察一个在我们有生之年不属于我们自己的行星系统 。
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