高中科技黑板報(bào)
科技黑板報(bào)內(nèi)容資料400年前天文學(xué)家的設(shè)想——太陽帆船
著名天文學(xué)家開普勒在400年前就曾設(shè)想不要攜帶任何能源，僅僅依靠太陽光能就可使宇宙帆船馳騁太空。但太陽帆飛船這一概念到20世紀(jì)20年代才明晰起來。1924年，俄國航天事業(yè)的先驅(qū)康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基和其同事弗里德里希·燦德爾明確提出“用照到很薄的巨大反射鏡上的陽光所產(chǎn)生的推力獲得宇宙速度”。正是燦德爾首先提出了太陽帆——一種包在硬質(zhì)塑料上的超薄金屬帆的設(shè)想，成為今天建造太陽帆的基礎(chǔ)。
人們知道，光是由沒有靜態(tài)質(zhì)量但有動(dòng)量的光子構(gòu)成的，當(dāng)光子撞擊到光滑的平面上時(shí)，可以像從墻上反彈回來的乒乓球一樣改變運(yùn)動(dòng)方向，并給撞擊物體以相應(yīng)的作用力。單個(gè)光子所產(chǎn)生的推力極其微小，在地球到太陽的距離上，光在一平方米帆面上產(chǎn)生的推力只有0.9達(dá)因，還不到一只螞蟻的重量。因此，為了最大限度地從陽光中獲得加速度，太陽帆必須建得很大很輕，而且表面要十分光滑平整。“宇宙”1號(hào)的太陽帆面積為530.93平方米，與光壓獲得的推力僅為255克。
如果太陽帆的直徑增至300米，其面積則為70686平方米，由光壓獲得的推力為0.034噸。根據(jù)理論計(jì)算，這一推理可使重約0.5噸的航天器在二百多天內(nèi)飛抵火星。若太陽帆的直徑增至2000米，它獲得的1.5噸的推力就能把重約5噸的航天器送到太陽系以外。
由于來自太陽的光線提供了無窮盡的能源，攜有大型太陽帆的航天器最終可以以每小時(shí)24萬公里的速度前進(jìn)。這個(gè)速度要比當(dāng)今以火箭推進(jìn)的最快航天器快4—6倍。即比第二宇宙速度快6倍，比第三宇宙速度快4倍。
理解這一點(diǎn)并不難。因?yàn)樵谔罩羞\(yùn)行的航天器處于失重狀態(tài)，又無空氣阻力，只要加少許力的作用，就會(huì)改變運(yùn)動(dòng)方向和速度。比如，發(fā)射靜止軌道衛(wèi)星時(shí)衛(wèi)星先進(jìn)入大橢圓地球轉(zhuǎn)移軌道，待其運(yùn)行到赤道上空3.6萬公里的最大高度時(shí)，遙控指令啟動(dòng)星上遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作，后者產(chǎn)生的推力僅為幾十千克，卻能使幾噸重的衛(wèi)星移入靜止軌道并到達(dá)預(yù)定位置。原因就是這后加的推力使衛(wèi)星產(chǎn)生新的速度，與原來的運(yùn)動(dòng)速度合成之后形成的最終速度為每秒3.075公里。太陽帆接受光壓的作用，它不僅可在需要時(shí)改變航天器的運(yùn)行軌道，而且能不斷加速飛行。
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