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    空间科学-航天技术的杰作-太阳帆航天器

    ,使太阳帆获得的动量逐渐递增,从而形成加速度。宇宙1号航天器就是依靠这一动力,达到很高的飞行速度。它依赖导弹冲出稠密大气层之后,赁借太阳帆提供的推力在太空中运行了一段时间。在此飞行过程中,它最快时能达到每秒7.9公里的第一宇宙速度。

      太阳光实质上是电磁波辐射,主要是由可见光和少量的红外光、紫外光组成。光具有波粒二象性,光对被照射物体所施的压力称为光压。光压的存在说明电磁波具有动量。

    在太空中,远离了大气,又不存在影响光压的介质,太阳帆上每平方米获得的光压是0.48×10-6吨。宇宙1号的太阳帆面积为530.93平方米,由光压获得的推力为255克。

      如果太阳帆的直径增至300米,其面积则为70686平方米,由光压获得的推力即为0.034吨。根据理论计算,这一推力可使重约0.5吨的航天器在200多天内飞抵火星。若太阳帆的直径增至2000米,则它获得的1.5吨的推力,能把重约5吨的航天器送到太阳系以外。由于来自太阳的光线提供了无尽的能源,携有大量太阳帆的航天器可以每小时24万公里的速度前进。这个速度要比以火箭推进的航天器快46倍。

      为什么推力小于航天器的重量仍能推动后者加速运动呢?因为在太空中运行的航天器处于失重状态,无空气阻力,只要加少许力的作用,就会改变运动方向和速度大小。如发射静止轨道卫星时,卫星先进入大椭圆地球同步转移轨道,待其运行到赤道上空3.6万公里的高度时,遥控指令启动星上远地点发动机工作,后者产生的推力仅为几十公斤,却能使几吨重的卫星移入静止轨道并到达预定位置。原因就是后加的推力使卫星产生新速度,与原来的运动速度合成之后形成最终速度。远地点发动机完成任务后即关机,只有当卫星偏离预定位置时才再次点火,使其重新归位。太阳帆一直接受光压的作用,不仅能改变宇宙1号的运行轨道,而且能使其不断加速飞行。

      由俄巴巴金科学研究中心和马克耶夫科学生产企业共同研制的宇宙1号航天器,此次发射升空进行飞行试验的目的,主要是测试形如花瓣的两个太阳帆能否在太空中顺利打开并产生动力,检验现行方案的合理程度,并为更远距离的航行提供借鉴,探索将来无需大量燃料而进行星际旅行的可能性。为此,安装在宇宙1号航天器表面的摄像装置,对试验的全过程进行了拍摄。在试验结束阶段,地面控制人员发出遥控指令,启动了航天器上的充气制动装置,使航天器表面被特制的气囊所覆盖。在气囊的制动下,航天器在稠密大气层中的返回速度可降至每秒16米左右。

      据悉,俄罗斯、美国、德国和法国的专家在距离发射水域约3海里的考察船上,仔细观察了宇宙1号的此次出航,专家们认为,测试进行得非常成功。

      目前,美国也在进行太阳帆航天器的研究,并为选择太阳帆的制造材料进行了大量测试工作,探讨了发射问题和太阳帆在太空展开问题。美国航天局预计,2010年成行的太阳帆航天器将历经15年以上的航程,飞行37亿公里,直至太阳系边缘。


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