美国国家航空航天局下一代太阳能帆臂技术准备发射

oahaha

当太阳到达地球地平线时，美国国家航空航天局先进复合太阳帆系统航天器在轨道上的艺术家概念。署名：美国国家航空航天局/航空动画公司/本·施维加特

据美国宇航局（Tara Friesen）：太空航行听起来像科幻小说中的东西，但这个概念不再局限于书籍或大屏幕。4月，一种被称为先进复合太阳能帆系统的下一代太阳能帆技术将在火箭实验室的电子火箭上从该公司位于新西兰毛利亚的1号发射复合体发射。这项技术可以推动未来的太空旅行，并扩大我们对太阳和太阳系的了解。

太阳帆利用阳光的压力进行推进，向太阳倾斜或远离太阳，使光子从反射帆上反弹，推动航天器。这消除了重型推进系统，可以实现更长的持续时间和更低的成本任务。尽管质量有所减少，但太阳能帆受到吊杆材料和结构的限制，吊杆的作用很像帆船的桅杆。但美国国家航空航天局即将改变未来的航海游戏。

美国国家航空航天局新型轻型水手

先进的复合材料太阳能帆系统演示使用NanoAvionics公司制造的十二单元（12U）立方体卫星来测试一种由柔性聚合物和碳纤维材料制成的新型复合材料吊杆，该吊杆比以前的吊杆设计更硬、更轻。该任务的主要目标是成功演示新的吊杆部署，但一旦部署，该团队还希望证明帆的性能。

就像帆船转向捕捉风一样，太阳能帆可以通过倾斜帆来调整轨道。在评估了吊杆部署后，该任务将测试一系列操作，以改变航天器的轨道，并为未来可能的更大船帆任务收集数据。

位于弗吉尼亚州汉普顿的美国国家航空航天局兰利研究中心的任务首席研究员Keats Wilkie说：“吊杆往往是重金属的，或者是由体积庞大的轻质复合材料制成的，这两种材料都不适合今天的小型航天器。太阳能帆需要非常大、稳定、轻便的吊杆，可以紧凑地折叠。”。“这种帆的吊杆是管状的，可以像卷尺一样压扁并卷成一个小包装，同时提供了复合材料的所有优点，比如在温度变化时弯曲和弯曲更少。”



美国航空航天局埃姆斯公司的质量保证工程师Mariano Perez正在检查先进复合太阳能帆系统航天器。当复合材料吊杆和太阳能帆在轨道上部署时，它们的面积约为860平方英尺（80平方米），大约相当于六个停车位的大小。来源：美国国家航空航天局/布兰登·托雷斯

在到达距地球约600英里（1000公里）的太阳同步轨道后，航天器将开始展开横跨聚合物帆对角线的复合吊杆。大约25分钟后，太阳能帆将完全展开，面积约860平方英尺（80平方米），大约相当于六个停车位的大小。安装在航天器上的摄像机将捕捉到船帆的重大时刻，并在部署过程中监测其形状和对称性。

如果照明条件合适，飞船的大帆可以从地球上看到。一旦完全展开并处于正确的方向，船帆的反射材料将像夜空中最亮的恒星天狼星一样明亮。

位于加利福尼亚硅谷的美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的首席系统工程师Alan Rhodes说：“七米长的可展开吊杆可以卷成适合你手的形状。”。“希望在这艘航天器上验证的新技术能激励其他人以我们从未考虑过的方式使用它们。”



这个艺术家的概念展示了先进的复合太阳能帆系统航天器利用太阳的能量在太空中航行。来源：美国国家航空航天局/航空动画公司/Ben Schweigart

实现未来的太阳能航行

通过美国国家航空航天局的小型航天器技术计划，太阳能帆的轻质复合材料吊杆的成功部署和运行将证明其能力，并为更大规模的月球、火星和更远的地方的任务打开大门。

这种吊杆设计可能支持未来5400平方英尺（500平方米）大的太阳能帆，大约有篮球场那么大，任务成功后的技术可以支持21500平方英尺（2000平方米）的帆，大约半个足球场。

罗兹说：“太阳将持续燃烧数十亿年，因此我们有无限的动力来源。我们可以发射更大的帆，使用现有的“燃料”，而不是为未来的任务发射巨大的燃料箱。”。“我们将展示一个利用这一丰富资源在勘探和科学领域迈出下一大步的系统。”

由于帆使用太阳的力量，它们可以提供恒定的推力来支持需要独特有利位置的任务，例如那些试图了解太阳及其对地球影响的任务。长期以来，太阳帆一直是携带预警系统监测太阳天气的任务所需的能力。太阳风暴和日冕物质抛射会对地球造成相当大的破坏，使电网过载，扰乱无线电通信，并影响飞机和航天器。

复合吊杆也可能有超越太阳能航行的未来：轻质设计和紧凑的包装系统可能使其成为在月球和火星上建造栖息地的完美材料，充当建筑物的框架结构或紧凑的天线杆，为探索月球表面的宇航员创造通信中继。

“这项技术激发了人们的想象力，重新构想了航行的整个想法，并将其应用于太空旅行，”美国国家航空航天局埃姆斯太阳能航行任务的项目经理鲁迪·阿奎利纳说。“展示太阳能帆和轻质复合材料吊杆的能力是利用这项技术激励未来任务的下一步。”

美国国家航空航天局艾姆斯管理先进复合太阳能帆系统项目，并设计和建造了机载相机诊断系统。美国国家航空航天局兰利设计并建造了可展开的复合材料吊杆和太阳能帆系统。美国国家航空航天局的小型航天器技术（SST）计划?该办公室位于美国国家航空航天局埃姆斯，由该机构的空间技术任务理事会（STMD）领导，为任务提供资金和管理。NASA STMD?改变游戏规则的开发计划?开发了可展开复合材料吊杆技术。美国火箭实验室公司?加利福尼亚州长滩市正在提供发射服务。NanoAvionics正在提供航天器总线。