物理異想航空航太學院，付涵，5114139003 光壓飛船 光具有動量，照在物體表面會產生力的作用，這就是所謂的光壓。光壓飛船上装有 太陽帆板，利用太陽光在帆板上的反射產生的力，推動飛船前進。這些帆板具有品質輕， 反光性好，厚度小，面積大的特點，目的是獲得盡可能高的加速度。 實際上，飛行器利用光壓能產生的加速度很小，大約在10-3到10-4數量級。但因 為太空中幾乎沒有摩擦力的存在，機械能損失很少，而太陽光又能幾乎源源不断地提供， 所以只要時間足夠，產生的加速度是非常可觀的。 2010年12月， NASA首次成功從 一颗自由飛行的 微衛星上釋放了 一 顆納衛星 NanoSail--D。次年 1月，NanoSail--D 納衛星展開了100 平方英尺的太陽 風帆，成為第一個 運行在地球低軌 道的太陽風帆。NanoSail-D衛星於201l年ll月再次進入大氣層並燒毁。NanoSail-D 衛星的成功發射和在軌運行，實現了讓飛行器不用任何發動機就可以在太空中徘徊的關 鍵方法。 NanoSail-D衛星太陽風帆的面積約為l0平方米，總品質約4千克。根據這個資料， 並假設太陽光始終垂直照射在太陽風帆上，並設風帆是完全反射的。可以計算出，該衛 星軌道處太陽光單位時間、單位面積內可產生的動量（即光壓）約為9×10N·m,產 生的推力約為10N,加速度在10數量級。 雖然這個加速度很小，但是對於太空中的航天器，太陽可以說是無限的動力之源， 一旦太陽帆展開，就可以連續加速。平均每天可以獲得大約10m/s的速度。隨著在軌時 間增加，飛船可以前行相當遠的距離。 那麼，飛出太陽系是否可能呢？答案是肯定的。在太陽系的任意位置，光壓大小P。 與該點距太陽中心的距離r成平方反比關係。類比萬有引力公式，可以知道，和引力場 一樣，光壓也產生一個場，並且具有勢能。在長軸相等的一系列軌道上，飛行器只要品 質滿足軌道能量與光壓勢能的和大於或等於零的關係，就可以從該軌道出發飛出太陽系。 可見，利用光壓把航天器送出太陽系的美妙設想是可以成為現實的。只要航天器的 品質足夠小，攜帶的太陽風帆面積足夠大，在足夠長的時間之後就可以辦到。但是，把 航天器從地面送入軌道仍然需要自身攜帶燃料。由於光壓數值很小，所以在利用光壓飛 2/3物理異想 航空航太學院，付涵，5114139003 2 / 3 光壓飛船 光具有動量，照在物體表面會產生力的作用，這就是所謂的光壓。光壓飛船上裝有 太陽帆板，利用太陽光在帆板上的反射產生的力，推動飛船前進。這些帆板具有品質輕， 反光性好，厚度小，面積大的特點，目的是獲得盡可能高的加速度。 實際上，飛行器利用光壓能產生的加速度很小，大約在 10-3 到 10-4 數量級。但因 為太空中幾乎沒有摩擦力的存在，機械能損失很少，而太陽光又能幾乎源源不斷地提供， 所以只要時間足夠，產生的加速度是非常可觀的。 2010 年 12 月， NASA 首次成功從 一顆自由飛行的 微衛星上釋放了 一 顆 納 衛 星 NanoSail-D。次年 1 月，NanoSail-D 納衛星展開了 100 平方英尺的太陽 風帆，成為第一個 運行在地球低軌 道的太陽風帆。NanoSail-D 衛星於 2011 年 11 月再次進入大氣層並燒毀。NanoSail-D 衛星的成功發射和在軌運行，實現了讓飛行器不用任何發動機就可以在太空中徘徊的關 鍵方法。 NanoSail-D 衛星太陽風帆的面積約為 10 平方米，總品質約 4 千克。根據這個資料， 並假設太陽光始終垂直照射在太陽風帆上，並設風帆是完全反射的。可以計算出，該衛 星軌道處太陽光單位時間、單位面積內可產生的動量（即光壓）約為 9×10 -6 N·m，產 生的推力約為 10 -4N，加速度在 10 -4數量級。 雖然這個加速度很小，但是對於太空中的航天器，太陽可以說是無限的動力之源， 一旦太陽帆展開，就可以連續加速。平均每天可以獲得大約 10m/s 的速度。隨著在軌時 間增加，飛船可以前行相當遠的距離。 那麼，飛出太陽系是否可能呢？答案是肯定的。在太陽系的任意位置，光壓大小 P0 與該點距太陽中心的距離 r 成平方反比關係。類比萬有引力公式，可以知道，和引力場 一樣，光壓也產生一個場，並且具有勢能。在長軸相等的一系列軌道上，飛行器只要品 質滿足軌道能量與光壓勢能的和大於或等於零的關係，就可以從該軌道出發飛出太陽系。 可見，利用光壓把航天器送出太陽系的美妙設想是可以成為現實的。只要航天器的 品質足夠小，攜帶的太陽風帆面積足夠大，在足夠長的時間之後就可以辦到。但是，把 航天器從地面送入軌道仍然需要自身攜帶燃料。由於光壓數值很小，所以在利用光壓飛