怎样用微波帆来推动宇宙飞船?
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发布时间：2023-01-16 14:22
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时间：2023-07-06 13:39
20世纪80年代初，弗里曼·迪森提出用微波帆来推动宇宙飞船。1984年，罗伯特·福瓦特以此设计了“星束”号宇宙飞船，它有一张直径达14米的圆形网帆，它由极细的铝丝织成，重量只有20克。在网帆上有10万亿个铝丝交叉点，每个交叉点就是一个微电子线路，它们既是计算机的元件，又可感光，具有微型针孔照相机的功能。
一座围绕地球运行的太阳能卫星电站，将电能转变为微波。在卫星与“星束”号飞船之间，设一面菲涅耳透镜，将卫星发来的微波，聚焦到飞船的帆上，开启10万亿个微电子线路，调节网帆的导电率，使帆对微波束的反射能量达到最大值，作用在网帆上的微波束的光子压力，使飞船加速。通过科学计算表明，20千兆瓦的微波束，可使飞船获得155克的加速度值，在六七天内达到1／5的光速，即6万千米每秒。由于速度效应，约20年可到达比邻星。如微波束加速的时间延长，则到达的时间还可缩短。
在飞行过程中，飞船上的超大规模集成块会自动使用网帆中的导线，作为微波天线去收集微波束的能量，然后像人眼视网膜上的光感受器一样，自动分析目标星的光谱信息，并以25张每秒的速度拍照，再通过网帆作定向天线，将探测到的信息发回地球。
激光动力飞船由于太阳能卫星电站的电能，既可以变成微波束也可以变成激光束，而且激光束比微波束发散性更小。为此，罗伯特·福瓦特于20世纪80年代末以激光束代替微波束，设计了“星集”号飞船。它由3个同轴环组成，外层为加速级，直径1000千米，中间为交会级，直径320千米，内层为返回级，直径100千米。飞船上的帆用铝膜制成，膜厚16毫微米，直径3.6千米，重约五吨。将激光束聚焦到帆上的菲涅耳透镜，直径1000千米，设在土星和天王星之间绕太阳飞行的轨道上。铝膜薄帆能反射82%的光能，让4.5%的光透过，吸收13.5%。计算表明，65千兆瓦的激光束，可使飞船获得4%的地球重力加速度值，连续加速3年，飞船可达到11%的光速，约40年可到达比邻星。
如果将激光的功率增大到43000×1012瓦，那么则可使飞船以l／3克加速，1.6年飞行0.4光年的距离，速度达到50%的光速。由于速度效应，20年可到达距我们10.8光年的E.E星系。在离E.E星0.4光年距离时，外层移位，将激光束反射到交会级上，由于作用方向相反，经1.6年减速，就可以较低速度在某颗行星上着陆，或低速飞行进行考察。全部航行时间23.2年。如果飞船在那里探测5年，然后将返回级分离出来，交会级将反射面朝向太阳系，飞船就会加速返回地球，来回时间为51年。
