“电子帆”艺术效果图

美国国家航空航天局（NASA）的科学家近日公布了一种新型推进系统“电子帆（E-Sail）”的细节，该系统能和太阳释放出的粒子相互作用，产生推力，从而让航天器获得前所未有的速度。相比“太阳帆”（太阳能板供电）提供动力的飞船，它将大幅缩短将航天器送往星际空间的时间。

研究人员表示，这一系统只需10年左右，就能将宇宙飞船送往太阳系边缘——太阳风顶层，同样的距离，“旅行者”号飞船花了35年。研究人员希望2020年左右对“电子帆”系统进行测试。

利用太阳风前进

“电子帆”概念的全名为“太阳风顶层静电快速传输系统电子帆”，不使用内置推进剂，而是使用太阳风作为推进动力。

“电子帆”由一台缓慢旋转的航天器以及10根到20根带电铝线制成。这些铝线虽然直径只有1毫米，但长度约有12.5英里。马歇尔先进概念办公室、“电子帆”项目首席研究员布鲁斯·魏格曼接受英国广播公司（BBC）采访时解释称：“‘电子帆’将利用一些质子推动飞船前进。太阳以400至750千米/秒的高速向太阳风释放带正电的质子和电子，这些带正电荷的电线会与太阳风中带正电的质子相互排斥，从而推动宇宙飞船前行。”

目前，研究人员正在马歇尔太空飞行中心展开相关测试，测试将持续两年多时间。这些测试将确定被电线排斥而偏离的质子数量，以及受电线吸引的电子数量。工程师们也将进行等离子体测试，改进数据模型，用于“电子帆”的进一步研发工作。

魏格曼说：“我们正在尝试证明这一技术，希望能在本世纪20年代初用其开展任务。我们也在研究其中的物理学原理，以厘清太阳风将产生多大推力。”

据悉，这一概念建立在芬兰气象研究所的派卡·鉴胡能博士的发明之上，但研究人员表示，这一概念还有很多地方需要完善，可能还需要至少10年时间才能付诸实际。

时效优势更突出

随着航程的不断推进，“电子帆”的有效面积将不断增大：航程为1个天文单位（AU，地球与太阳间的平均距离，约为9300万英里)）时，其有效面积为232平方英里；但当航程达到5个天文单位时，有效面积将超过463英里。

有效面积的增大将使“电子帆”比其他推进系统拥有更远的加速距离。例如，一般太阳帆飞船飞到小行星带时（航程为5个天文单位），太阳质子的能量就会开始消散，导致加速停止。魏格曼解释称：“但太阳风中的质子不会出现消散，由于质子流源源不断且有效面积持续增加，‘电子帆’能继续加速飞行至16到20个天文单位，这也能产生更快的速度。”

2012年，NASA的“旅行者1”号历经35年，跨越121个天文单位，成为第一艘穿越太阳风顶层进入星际空间的宇宙飞船。而借助新方法，飞船只需三分之一的时间就能完成同样的旅程。魏格曼表示：“我们能开展与‘旅行者1’号飞船一样的任务，但只需10年或12年。借助这一系统，我们能在5到6年内到达冥王星，是目前‘黎明’号探测器所需时间的一半；两年内到达木星，而最近宇宙学界的超级‘网红’‘朱诺’号探测器历经5年才投入木星的‘怀抱’。”

灵活且用途广泛

研究人员表示，尽管最新研究是为了将宇宙飞船送入太阳风顶层而设计，但它也能用于太阳系内天体的探测。“随着我们对这一概念系统的研究不断深入，我们越来越发现，这一方法不仅灵活，而且适用范围广。设计师们可以根据旅程的远近，是前往太阳系内行星、系外行星还是太阳风顶层来调谐电线的长度、电线的数量以及电压。”