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光压飞行

2016-01-08

少年科学 2015年12期
关键词:太阳帆美国航空航天局飞船

阳光照到你脸上,是否感觉到有一点很小的压力?你或许不知道,就是这点压力能推动飞船前行。以光压为动力的太阳帆飞船,已经渐行渐近了!

阳光有压力

站在风口,人会被吹个趔趄,这是为什么?道理很简单嘛,空气流动形成风,风吹动你。一束阳光照射到身上,虽然人感觉不到,但光压确实存在。

你可能会有疑问,阳光怎么会对物体产生压力?其实,光是由许多“小微粒”形成的,这些“小微粒”叫光子。光子汇聚在一起,以光线的方式“向前冲”,就会类似水流一样给物体带来压力。只是这种压力太小,人体几乎感觉不出来。

科学家做过这样的实验:将“轻若鸿毛”的薄片放到真空管里,然后用阳光照射它。薄片就会被阳光的“冲击力”推动着向前跑—看来,阳光的压力可以变成物体前进的动力呢。

光压的幻想

利用光压能实现哪些科学幻想呢?

科幻作家这样狂想过:制造一艘太空飞船,飞船上不需要传统动力设备,只需要“插上”一面很大的太阳帆,让阳光压力推动太阳帆。只要阳光能照射到的地方,太阳帆飞船便能到达。

这样的太阳帆飞船靠谱吗?当然靠谱。虽然1平方米太阳帆面上产生的推力还不到1只蚂蚁的重量,但是如果太阳帆面做到足够大,小蚂蚁的力量一定能聚积成大象的能量。再说飞船在太空中运行处于失重状态,又无空气阻力,并不需要太大的动力。研究表明,太阳帆的直径达到500米时,只要表面光滑平整,它接受到的“光动力”可供太空飞船以24万千米/时的速度向远离太阳的方向飞行—这个速度是火箭的6倍。经过15年的航程,乘坐这样的飞船就能飞行到太阳系边缘,继而进入另一个恒星系,再利用另一个恒星的光动力继续飞行。

“光压发电机”也被人们狂想出来了。如果把光压风车也做到足够大,阳光一照,它就“呼呼”地转动起来,光能就转换成了动能,将光压风车连接到发电机上,新一代的太阳能发电装置就产生了。依靠光压发电机,我们将获得取之不尽、用之不竭的清洁能源。

物理学家弗里德曼毕生致力于太阳帆飞船的研制,早在1976年他就向美国航空航天局提出,建造一艘拥有64万平方米太阳巨帆的飞船飞向哈雷彗星进行探测。但美国航空航天局认为,这个设想太“离谱”,没有采纳。他后来离开美国航空航天局,组建了自己的“行星协会”,联络更多的科学家致力于太阳帆飞船的研制。终于,他在2001年制造出第一面太阳帆,可惜这面太阳帆在地面试验过程中短路烧毁。后来弗里德曼又经历了多次失败。然而,失败并没有让弗里德曼放弃,他坚信太阳帆飞船一定会成功……

明星材料

最近,南开大学的科学家团队寻找到一种可以制造太阳帆的石墨烯材料。这种石墨烯材料具备“光动”飞行能力,单位面积材料产生的推力是传统光压推动的1000倍。

今年1月美国发射了迄今为止最大的太阳帆试验飞行器,它的太阳帆面积为1200平方米,可产生32牛的推力。同样面积的太阳帆,如果使用这种新型石墨烯材料,其推力就可达32千牛。这一技术有望改变未来太空航行的面貌,大大加快人类遨游宇宙的速度。

能将“光动力”放大的石墨烯材料,立即成为太阳帆飞船研发界的“明星”。让我们来看看这种石墨烯的光压飞行实验:研究人员将一个重为4毫克的形似海绵的圆饼状三维石墨烯材料放置到真空管中,然后用光源“推动”一下,该物体瞬间发生了水平或竖直方向的位移,最大移动距离达到40厘米。这“轻轻一照便会大动”的实验结果,真是令人兴奋。

别小看这个实验结果,这是科学家第一次用“光动力”来推动一个物体。在未来,石墨烯让光动力走进寻常百姓家,汽车也许只要用光一照,就可以带你周游世界了。

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