基本介紹
- 中文名：雷射帆
- 外文名：Laser sails
發展歷史,工作原理,重要意義,事件,
發展歷史
雷射帆飛船是基於太陽帆飛船的一個升級概念，不同的是雷射帆飛船用的是比太陽光更高效率的雷射。1984年，美國休斯飛機公司研究實驗室的物理學家羅伯特·福沃德在其標誌性的論文中，提出了採取古老風帆技術進行星際旅行的理念。正如勁風能使帆船漂洋過海那樣，強大的雷射束也可以推動具有大“帆”的宇宙飛船在太空中暢遊。雷射的光束射到“帆”上後便轉化成動力並推動宇宙飛船前進。科學家構想用太陽系中的雷射器為飛船提供動力，讓其逐漸提速，並奔向遙遠的世界，這就是雷射帆。
如今，工程師們已研製出一種簡單的太空帆船，但它利用太陽光能而非雷射束提供動力。
工作原理
帆將照射過來的太陽光（光子）反射回去。由於力的作用是相互的，太陽帆將光子“推”回去的同時，光子也會對太陽帆產生反作用力。就是這種反作用力推動飛船前進。NASA噴氣推進器實驗室太陽“帆船”負責人霍皮·普賴斯認為，這種不攜帶燃料的推進方式將開闢全新的星際旅行方式。但是，由於太陽光隨著距離的增加而減弱，因此太陽“帆船”在遠離太陽後將無法繼續前進。
雷射帆
雷射帆同太陽光相比，聚焦的雷射束能夠將“帆船”推至阿爾法人馬座恆星系甚至更遠， 原因在於雷射束不會像陽光那樣隨著距離的增加出現發散和減弱。根據福沃德的理念，弗里斯比描繪出人類飛向巨蠍座55星恆星的旅行方案。他採用600英里寬的鋁製薄膜“帆”推動的宇宙飛船，旅行艙設在“帆”的中間。架設在地球軌道或月球表面的雷射器產生的高能雷射束經過一面反射鏡聚焦在飛船的“帆”上推動飛船。雷射器將工作數年，保證飛船達到其巡航速度。然後在飛船抵達目的地前數年重新開始工作，以幫助飛船降低速度。
金屬鋁的熔點為華氏1220度，弗里斯比提出大尺寸“帆”的構想是為了解決“帆”自身的散熱問題，“帆”過熱由高能雷射束所引起。如果計畫在太空組裝飛船“帆”，那么應採用更輕便、更富有彈性的材料。NASA格倫研究中心的傑弗里·蘭迪斯正在研究採用金屬鈮（熔點為華氏4490度）或鑽石（在華氏3270度時斷裂成石墨）製作的薄膜。高溫材料能夠承受光斑更小但能量密度更高的雷射束的照射。鑽石“帆”具有與弗里斯比的鋁“帆”相同的功能，但它對飛船的加速更快，可以縮短星際旅行時間。
重要意義
如果雷射束用來幫助人類飛向巨蠍座55星，那么雷射器的輸出功率將大得令人不可思議。根據弗里斯比的估算，推動飛船所需的雷射器穩定能量輸出應達17000萬億瓦特。要實現如此巨大的能量輸出，弗里斯比提出利用特殊裝置集聚太陽能來泵浦雷射器，也就是說雷射器在太陽的作用下產生會聚的、相干性高能光束。實際上，美國芝加哥大學的物理學家已展示了一種新系統，它能將普通光的密度提高84000倍。
如果掌握了雷射帆技術，那么人類再也不用擔心遠距離飛行的燃料問題。此外，通過精巧的設計，當飛船到達目的地時，帶有旅行艙的“帆”的中間部分將與“帆”脫離，失去中間部分的“帆”將雷射束聚焦在旅行艙上，幫助它減速。根據弗里斯比的研究，雷射“帆”飛船在不到10年的飛行時間內，其速度就可達到光速的一半。如果採用直徑為200英里的雷射“帆”，我們可以在12年半的時間內抵達阿爾法人馬座；採用600英里寬的雷射帆，與巨蠍座55星中類似地球的行星相會也只需86年。
事件
2016.4.13日，史蒂芬·霍金在其微博上發表文章，稱將在一代人的時間內，研發出一台“納米飛行器” —— 一台質量為克級的自動化太空探測器—— 並且通過光束把它推動到五分之一的光速。如果我們成功的話，這個飛掠任務將會在發射後二十年左右到達半人馬座阿爾發星，並傳送回來在那個星系中發現的行星的圖片。
