NASA的衍射式太阳光帆概念项目进入第三阶段 _NASA

这种革命性的太空旅行方法，可能使未来的科学任务能够研究太阳的极地地区。

【NASA的衍射式太阳光帆概念项目进入第三阶段】上图：科学家对衍射光帆的构想。彩虹状的图案类似于CD碟片在光线下的样子。
一个开发衍射式太阳帆的项目，已经进入了NASA先进概念计划的第三阶段，也是最后一阶段。该项目背后的团队现在有两年的时间来进一步开发这种非常规的空间推进手段。
NASA 今天宣布，除了延期两年外，由约翰霍普金斯大学应用物理实验室的安珀·杜比尔（Amber Dubill）领导的衍射光帆项目，还获得了额外的200万美元。第三阶段的资金是通过航天局的创新先进概念（NIAC）计划提供的。有了额外的时间和资金，安珀·杜比尔和她的同事们现在将致力于一项示范任务。
美国宇航局局长比尔·纳尔逊（Bill Nelson）在声明中表示：“随着我们探索到比以往任何时候都更远的宇宙，我们将需要创新的尖端技术来推动我们的任务。美国国家航空航天局的创新先进概念项目有助于释放有远见的想法（比如新颖的太阳帆），并使它们更接近现实。 ”
衍射太阳帆项目于2019年进入 NIAC 第二阶段。罗切斯特理工学院工程师格罗弗·斯沃茨兰德（GroverSwartzlander）领导了NIAC项目的前两个阶段，现在将继续担任联合研究员。
安珀·杜比尔表示：“能够加入NIAC的富有想象力和创造性的团队，我感到无比兴奋。实际上，从2017年开始，我以各种身份参加了不同的NIACs ，但能够领导一届NIACs是我梦寐以求的荣誉。多年来，我一直受到我的合作研究人员的指导，他们信任我，让我领导这项研究，并在一个鼓励这种创新的机构继续开发这项研究，这对我来说意义重大。 ”
太阳帆的工作原理是利用太阳光推动飞行器在太空中穿行，类似于风推动帆船在水面上航行。与使用行星协会开发的反射帆不同，正在提议的系统将使用衍射帆。衍射的一个可取属性是，当光通过一个小开口时，它会导致光扩散。以下是格罗弗·斯沃茨兰德在2019年对这一概念的描述：

我们即将进入太空旅行的新时代，利用太阳辐射对又大又薄的帆膜施加压力。在过去的100年里，传统的想法是使用反射帆，比如在薄聚合物上涂一层金属涂层，然后在太空中展开，但你也可以得到一个基于衍射定律的力。与反射式风帆相比，我们认为衍射帆的效率更高，能够更好地承受太阳的热量。这些帆是透明的，因此它们不会从太阳吸收大量热量，而且我们不会像使用金属表面那样遇到热量管理问题。

传统反光设计的缺点包括帆又大又薄。它们还受到阳光方向的限制，这限制了电力或导航，因为你不能同时拥有两者。相比之下，衍射光帆在帆的材料上使用微小的光栅来衍射光线。正如美国宇航局所说，这将使宇宙飞船“在不牺牲机动性的情况下更有效地利用阳光” 。由安珀·杜比尔提出的设计可以产生更小更灵活的帆。还有一个有趣的副作用是，光帆上会产生彩虹图案，就像CD碟片在光线下的样子。
在NIAC第一阶段和第二阶段，该团队设计、创造和测试了各种衍射帆材料。该团队还进行了测试，并针对未来的太阳能任务开发了导航和控制方案。事实上，衍射帆可以使围绕太阳极区轨道运行的卫星星座成为可能。在太阳的北极和南极上空，太阳帆卫星，拥有永久的动力来源，将进行前所未有的科学观测。
安珀·杜比尔解释道：“衍射太阳航行是对几十年前的光帆愿景的现代诠释。虽然这项技术可以改进多种任务架构，但它有望极大地影响太阳物理学界对独特太阳观测能力的需求。 ”
安珀·杜比尔还描述了未来两年的两个主要目标：开发衍射帆，以及利用衍射帆开发太阳极轨卫星星座任务。
“我们计划设计、优化和制造衍射帆材料样品，我们想通过光学测试和空间环境测试来表征它们， ”安珀·杜比尔说道。 “与此同时，我们计划发展太阳极地轨道飞行器任务的愿景，通过建立帆的最佳轨迹和姿态控制，实现由我们的太阳物理学家要求的有效载荷套件的太阳观测。通过扩展衍射帆的设计和开发整体帆船概念，我们的目标是为未来使用衍射光帆技术的演示任务奠定基础。 ”