台灣團隊提供解方,助光帆有效定向光源航向宇宙

作者 | 發布日期 2020 年 01 月 08 日 8:00 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


漫長的太空探險中,傳統化學燃料火箭只能提供短暫推力,基本上離開繞地軌道後就是靠慣性運動前行,所以太空船還會設計利用行星的重力彈弓效應再加速,但行星不是到處有,有時候還得多繞點路接近行星,才能更快抵達目的地。

相較傳統火箭只能短暫加速,早在 19 世紀便有另外一種能持續加速的太空船構想──太陽帆。一般帆船是利用空氣分子推動,太陽帆則是利用太陽光的光子推動,光子雖然沒有質量,但有動量,當光子打在太陽帆上,光子的動量就轉移到太陽帆上。光子動量產生的加速度非常微小,但不會間斷,理論上太陽帆可持續加速到接近光速的量級,但真正有效率的太陽帆太空船必須質輕且帆面積夠大,才能產生足夠加速度,或產生推力的輻射源有更大功率。

太陽總功率雖然巨大,但太陽帆只能接住少量輻射,如果直接在地球發射高功率雷射,瞄準太陽帆(這時應該稱為光帆),如同地下道噴出的水柱把人孔蓋沖上天,太空船能更有效推進,但如果光帆和雷射光之間有一點微小錯位,就會使太空船失控地螺旋翻滾。

台灣研究員 Ying-Ju Chu 與團隊發表了解決辦法,不採用以鏡面材質反射光子的方法,而是以繞射光柵組成光帆,光柵會將光線偏轉,產生校準的橫向力,只要光帆中心與雷射光源偏移,橫向力可使帆重新定向到光源。

▲ 中心點兩側的光柵會把雷射光偏轉到不同方向,使光帆校準到中心線。

目前這項技術仍在起步階段,傳統的太陽帆太空船至今也只發射過 2 艘,繞射光帆實際應用還有很長的路要走。NASA 馬歇爾太空飛行中心的 Les Johnson 表示,能做到保持定向,是達成雷射光帆非常關鍵的一步。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:pixabay

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