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怎样用微波帆来推动宇宙飞船?

发布网友 发布时间:2023-01-16 14:22

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热心网友 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。

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