三体照进现实，NASA 发射了“太阳光帆”

本文来自微信公众号：爱范儿 （ID：ifanr），作者：发现明日产品的，原文标题：《三体照进现实，NASA 发射了「太阳光帆」》

宇宙帆船

起航

自从人类学会了抬头，将目光望向天空与宇宙以后，大海与宇宙便成为人类探索未知的象征，一个指引我们驶向地平线的尽头，另一个激励我们飞向无垠的星空。

数千年来，人类一直使用风力帆作为主要推进手段在地球的海洋上航行。

现在，小说中的人类开始在太空扬帆，前些时日，NASA将一个巨大的「帆船」送入了太空。

这艘帆船的全称是Advanced Composite Solar Sail System 3（高级复合材料太阳帆系统3），最大的特点，就是不需要使用传统燃料，而是与传统的海上帆船一样，使用自然中存在的物质来提供能量。

不过，就像1979年，第一部《异形》上映前夕的海报所说：

In space，no one can hear you scream.在太空中，没人能听到你的尖叫。

这是电影史上最著名的宣传语之一，也是太空的真实写照：声音无法传播的地方，没有空气的存在，自然更不可能有风。

但幸好，太空并非空无一物。

在地球公转轨道附近，每平方米的截面每秒有10^21个太阳发射的光子穿过，这些光子虽然没有静止质量，但它们有动量，当光子撞击并反射或吸收时，会将动量传递给太阳帆，凭此，ACS 3可以缓慢但持续地加速，自在地畅游宇宙。

不过，想要光子能顺利推动卫星，还是有比较严格的前提条件——足够小的体积与重量、还有尽可能大的帆。

ACS 3卫星超级小巧，只有微波炉大小。这颗卫星由NanoAvionics公司制造，由12个单元组成，整体尺寸仅为23x23x34厘米，在这个大小下，ACS 3卫星整体重量为14千克，这比传统的12单元立方体卫星还轻了6千克。

体积与重量的问题解决了，摆在我们面前的是这面帆，要怎么才能做得尽量大。

展开过程中，太阳帆一旦出现出现扭曲、撕裂或未完全展开的情况，都会严重影响推进效率和航天器的轨迹控制。

所以，想要这面帆足够大，重要的是支撑帆的杆子在足够轻的同时也足够强。

经过反复测试，ACS 3使用的小型复合材料吊杆耐用、不易弯曲，能够承受太空环境中的辐射、温度变化和微流星体的冲击；此外，它们还可以卷起来，以尽量减少存放空间，同时提供必要的刚度来支撑风帆，这四个可伸缩的吊杆展开后会分别撑开四个三角形帆，并组成一个菱形。

风帆完全展开大约需要25分钟，展开后的面积约为860平方英尺（80平方米），相当于一个小型公寓的占地面积。

美国国家航空航天局艾姆斯研究中心（NASA's Ames Research Center）的首席系统工程师艾伦-罗兹（Alan Rhodes）说：

七米长的可展开吊杆可以卷成一个手掌能握住的形状。我们希望在这个航天器上验证各种新技术，并激励其他人进一步探索新技术。这项技术将推动未来的太空旅行，并扩大我们对太阳和太阳系的了解。

在一切准备就绪后，ACS 3搭乘Rocket Lab的Electron火箭从新西兰的发射场升空。

8月30日凌晨，ACS 3团队收到了来自宇宙的信息，这艘宇宙帆船已经成功地展开了太阳帆和支撑吊杆。

这是ACS 3在低地球轨道运行的第一步，接下来，这艘太空帆船将仅利用来自太阳的光子加速，并在距离地球约1000公里的轨道上绕地飞行，由于太阳帆材料的高反射率，观星爱好者或是摄影爱好者应该可以在晴朗的夜晚看到或拍下它。

在太空扬帆，是早期航天科学家和工程师们对无燃料太空推进技术的梦想和探索。

太阳帆的概念最早由俄国科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（Konstantin Tsiolkovsky）和美国科学家罗伯特·莱特希尔（Robert L.Forward）等人提出，他们设想利用太阳光的辐射压力来驱动航天器。

这种想法随后在科幻文学和实际科学研究中得到了广泛传播和讨论，《2001：太空漫游》的作家阿瑟·克拉克就在他的小说《太阳帆》（The Wind from the Sun）中详细描绘了太阳帆的太空航行：

帆如同一片巨大且薄如蝉翼的反光薄膜，在太空中展开时，它像一个巨大的银色风筝，能够捕捉到太阳光的微小推力，从而推动航天器缓缓前进。

在《三体》中，刘慈欣也想象过太阳帆的更多可能：人类在三体的威胁下，在太阳系布置了一个巨大的太阳帆来收集并反射太阳光，从而制造一个非常明亮的光点，向全宇宙暴露太阳系的位置，以此作为「黑暗森林理论」的威慑手段。

小说跟上了，现实也没落下，我国对于太阳帆的研究也获得了不小的成就。

2019年底，由中国科学院沈阳自动化研究所研制的「天帆一号」太阳帆就搭载长沙天仪研究院潇湘一号07卫星，成功在轨展开。

这次实验，验证了微小卫星两级主被动展开系统、可展开双稳态杆技术、柔性帆膜材料、帆膜折叠展开技术等多项关键技术，标志着太阳帆关键技术试验验证任务取得成功，并迈向成熟。

虽然在剧情需要下，小说或是科幻作品中的太阳帆往往事关人类种族存亡，带有强烈的生死对抗色彩，但现实中国内外的众多太阳帆项目，却是为和平、安全和持续地探索太空作出尝试与贡献。

无论是美国的ACS 3项目还是中国的天帆一号，都在尝试摆脱燃料的限制，往宇宙更深处迈出脚步。

正如帆船曾引领人类征服海洋，如今的太阳帆，正在开拓我们前往星辰大海的新航道。

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