下载文档原格式
太阳帆的技术原理及实现摘要：本文对太阳帆的工作原理及技术进行了研究。
分析了推进原理，技术核心——帆的材料和扬帆方式，提出了太阳帆实现所遇到的技术难点，最后本文介绍了太阳帆的最新进展。
一、引言由于作为人类传统太空交通工具火箭，要探测远太空时必须携带的大量燃料，而箭体质量过大，又会严重降低发射过程中所获得的加速度，这使火箭机动性着有局大的限制。
所以人们一直都渴望着能够摆脱对火箭的单一依赖，找到新的动力方式。
因此以太阳光作为动力的“太阳帆”飞船可能是人类星际旅行的唯一希望，银河系中有约4000亿颗发光的恒星，现在已经发现的宇宙中类似银河系的星系约1500亿个，这些数量极其巨大的恒星产生的光，有可能把太阳帆飞船送往人类想去的任何地方，因为只要有阳光存在的地方，它就会不断获得动力加速飞行，而且加速度的不断累积可使太阳帆获得极高的速度，如果设计合理，从理论上说，太阳帆的最高速度可以达到光速的2%(6000公里/秒)，这足以实现人类遨游太空的梦想。
二、推进原理设某恒星发射的一个光子动量为P, 能量为E’，动质量为m’，在t时间内共有n个光子打到太阳帆上并以相反方向被反弹，F为帆面所受的力。
则有Ft=2nP (1)设t为单位时间，(1)式可化简为F=2np (2)由E’=m’c^2 P=m’c 可得P=E’/c (3)设E为打在太阳帆上光子的总能量可得E=n E’(4)由(2) 、(3) 、(4) 可得F=2E/c (5)设飞船质量为m，由(5)推得a=F/m=2E/mc (6)已知太阳帆飞船——“宇宙”1号的帆面积为530．93平方米，质量为48kg，垂直于太阳光的每平方米每秒截面上辐射能量为1. 5×103 J可得a=2E/mc=530．93×2×1. 5×103/ (48×3×108)=1.1×10-4m/s^2不计太空中飞行的阻力，不考虑相对论质速关系,三年后速度v=a×t=1.1×10-4×3×365×24×60×60=10407 m/s三、太阳帆的实现技术3.1 帆的材料目前被视为最好的光帆是一种由聚酰亚胺树脂高分子材料制成的非常轻而薄的薄膜，它坚硬异常而且具有抗热和抗宇宙射线的特征，表面真空镀铝，使得它的反光性极佳，当太阳光照射到帆上后，帆将反射出光子，而光子也会对光帆产生反作用力，推动飞船前行。
航天工程中的太阳光帆技术研究太阳光帆技术是一种利用太阳光的辐射压力来推动飞行器在太空中运动的新兴航天技术。
自20世纪60年代以来，科学家们一直在研究太阳光帆技术，并取得了一定的进展。
本文将介绍太阳光帆技术的原理、研究进展和应用前景。
太阳光帆技术的原理很简单：利用太阳光的辐射压力来推动飞行器运动。
太阳光是由大量的光子组成，当这些光子撞击帆膜时，会产生反冲力，使得飞行器获得推力。
太阳光帆技术的优势在于可以使用无限的太阳能作为动力源，同时也没有燃料消耗，因此具有非常长的寿命。
太阳光帆技术的研究在上世纪60年代初开始。
当时，美国国家航空航天局（NASA）首次提出了太阳光帆技术的概念，并展开了一系列实验研究。
在1973年，NASA成功地发射了世界上第一艘太阳光帆驱动的飞行器，“多射线太阳光帆实验卫星”（Mariner 10）。
然而，太阳光帆技术的发展却面临着一系列的挑战。
其中最主要的问题是太阳光的能量密度太小，导致推力非常微弱。
为了解决这个问题，科学家们提出了一种利用太阳光的集中器来提高辐射压力的方法。
这种集中器被称为光纤束导向器，它的作用是将散乱的太阳光聚集成一束光线，使得推力更加强大。
另一个挑战是如何控制太阳光帆的姿态和方向。
由于太阳光帆的面积非常大，飞行器容易受到各种外力的影响而导致姿态失控。
为了解决这个问题，科学家们研究了一种被称为“智能纤维”的材料，该材料具有自适应、可变形的特性，可以根据外部环境自动调整太阳光帆的形状和姿态。
在现代航天工程中，太阳光帆技术已经得到了广泛的应用。
目前，太阳光帆技术主要用于深空探测任务，例如太阳系外行星探测器、小行星探测器和彗星探测器等。
利用太阳光的辐射压力，这些飞行器可以实现长期的持续推进和极高的精确导航能力。
此外，太阳光帆技术还有其他潜在的应用领域。
例如，太阳光帆可以用于太阳系内的宇宙垃圾清理任务，通过给宇宙垃圾安装太阳光帆，使其逐渐脱离地球轨道，最终进入太空黑洞。
简介太阳帆飞船靠阳光漫游太空，不携带燃料并一直加速，是目前惟一可能乘载人类到达太阳系外星系的航天器……太阳帆飞船设想开普勒400年前的设想渐成真：太阳光压提供推力著名天文学家开普勒在400年前就曾设想不要携带任何能源，仅仅依靠太阳光能就可使宇宙帆船驰骋太空。
但太阳帆飞船这一概念到20世纪20年代才明晰起来。
1924年，俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和其同事弗里德里希·灿德尔明确提出“用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度”。
正是灿德尔首先提出了太阳帆——一种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想，成为今天建造太阳帆的基础。
辐射计关于光有压力的探索最早可以追溯到17世纪，1619年开普勒猜测彗星的尾巴之所以背向太阳，是因为存在一种太阳风将其吹开，现在知道导致彗尾背向太阳的原因主要是阳光的压力，所以开普勒的猜想可以作为第一个牵涉到光压领域的论述。
后来牛顿主张的光微粒说则很自然地引进了光压的概念，但不久光波的概念就开始普及，光压也就失去了生存的空间。
即使如此，仍旧有众多实验物理学家试图以实验证明光具有压力。
例如1873年威廉·克鲁克斯(William Crookes)就设计了辐射计。
旁边的图就是辐射计，在一个半真空的容器内有这样的四片金属叶片，它们都是一面涂黑，另外一面是涂白，然后放置于针尖上。
用光源照射它就会使它们开始旋转，克鲁克斯由此认为发现了光压。
但实际上，这是空气分子的压力导致，由于容器内没有抽空，所以黑色部分吸收热量导致的温度增高会加热这面的空气分子，使之热运动加快，对于叶片的压力大；而白色部分吸收热量少温度低，这面的空气分子热运动慢，压力就小，其综合效果就是叶片开始旋转。
别捷列夫的实验真正证实光压存在的实验就是1899年时列别捷夫所做的实验，左图是他的实验工具：细金属片R放置于真空的容器G中，B点产生电弧光然后通过透镜组C、D、K、W到达反射镜组，最后经过一系列反射照射到真空中的细金属片R。
太空中的绿色动力——太阳帆阅读附答案太空中的绿色动力太阳帆①太阳光传送光和热，照到人身上，人会感到暖洋洋的，但从来也没有人感觉到太阳光有压力。
实际上，太阳光是有压力的，因为光具有两重性，既是电磁波，又是粒子光子。
光线实际上是光子流，当光子流受到物体阻挡时，光子就撞到该物体上，就像空气分子撞到物体上一样，它的动能就转化成对物体的压力。
②不过，太阳光产生的压力光压是非常非常小的。
不仅人感受不到，就连普通的仪器也测不出来。
在地球附近，太阳光照射到一个平整、光亮、能完全反射光的表面时，产生的压力最大，大约是910－6牛/平方米，也就是说100万平方米平整光亮的面积上才受到9牛的压力，只相当于一个2分硬币的重量。
在地面上，由于重力、大气压力、空气阻力、摩擦力等力的存在，微乎其微的太阳光压力被淹没在这些宏观力的汪洋大海之中。
③山中无老虎，猴子称大王。
到了太空中，重力、大气压力、空气阻力、摩擦力等几乎完全消失，太阳光压才有了出头之日。
一些具有创新思维的人开始想到利用太阳光压来推动航天器在太空飞行。
早在上一世纪初，俄罗斯宇航理论先驱齐奥尔科夫斯基就提出过这一大胆的设想。
以后，又有不少科学家进行过研究。
然而，只有当科学技术发展到今天的水平，在有强大的火箭把航天器送入太空的条件下，利用太阳光作为航天推进力才有了实现的可能。
④太阳光压的大小是与接受太阳照射的面积成正比的。
受照面积越大，产生的压力越大。
为了获得一定的压力，必须有足够大的受照面积，从而引出了太阳帆的概念。
⑤太阳帆是一种面积很大，表面平整、光滑、无斑点和皱纹的薄膜，一般由聚酯或聚酰亚胺等高分子材料制成，表面镀铝或银，使其具有全反射的特性。
⑥一块面积为105105平方米的太阳帆，在太阳光正射下可获得大约100毫牛的力，用它推动100千克的物体，可产生1毫米/平方秒的加速度。
这个加速度极其微小，只有地面重力加速度的一万分之一。
⑦俗话说：涓涓细流汇成大海，块块碎土堆成高山。
太空中的绿色动力太阳帆说明文阅读原文附答案太空中的绿色动力太阳帆说明文阅读原文附答案《太空中的绿色动力太阳帆》说明文阅读原文①太阳光传送光和热，照到人身上，人会感到暖洋洋的，但从来也没有人感觉到太阳光有压力。
实际上，太阳光是有压力的，因为光具有两重性，既是电磁波，又是粒子光子。
光线实际上是光子流，当光子流受到物体阻挡时，光子就撞到该物体上，就像空气分子撞到物体上一样，它的动能就转化成对物体的压力。
②不过，太阳光产生的压力光压是非常非常小的。
不仅人感受不到，就连普通的仪器也测不出来。
在地球附近，太阳光照射到一个平整、光亮、能完全反射光的表面时，产生的压力最大，大约是9 10-6牛/平方米，也就是说100万平方米平整光亮的面积上才受到9牛的压力，只相当于一个2分硬币的重量。
在地面上，由于重力、大气压力、空气阻力、摩擦力等力的存在，微乎其微的太阳光压力被淹没在这些宏观力的汪洋大海之中。
③山中无老虎，猴子称大王。
到了太空中，重力、大气压力、空气阻力、摩擦力等几乎完全消失，太阳光压才有了出头之日。
一些具有创新思维的人开始想到利用太阳光压来推动航天器在太空飞行。
早在上一世纪初，俄罗斯宇航理论先驱齐奥尔科夫斯基就提出过这一大胆的设想。
以后，又有不少科学家进行过研究。
然而，只有当科学技术发展到今天的水平，在有强大的火箭把航天器送入太空的条件下，利用太阳光作为航天推进力才有了实现的可能。
④太阳光压的大小是与接受太阳照射的面积成正比的。
受照面积越大，产生的压力越大。
为了获得一定的压力，必须有足够大的受照面积，从而引出了太阳帆的概念。
⑤太阳帆是一种面积很大，表面平整、光滑、无斑点和皱纹的薄膜，一般由聚酯或聚酰亚胺等高分子材料制成，表面镀铝或银，使其具有全反射的特性。
⑥一块面积为105 105平方米的太阳帆，在太阳光正射下可获得大约100毫牛的力，用它推动100千克的物体，可产生1毫米/平方秒的加速度。
这个加速度极其微小，只有地面重力加速度的一万分之一。
