❝ 想象一下，未来的卫星不再依赖传统的化学燃料推进，而是像帆船一样，借助太阳的光子在太空中自由航行。
太阳帆卫星未来可能被用作地球磁暴的早期预警系统(NASA/Aero Animation/Ben Schweighart)
这种听起来像是科幻小说中的场景，正在逐渐成为现实。太阳帆技术（Solar Sail）正以其独特的优势，为空间探索和空间天气预报带来革命性的变化。什么是太阳帆？
太阳帆是一种利用太阳光压（光子动量）推动航天器前进的技术。它的原理类似于地球上的帆船，只不过推动力不是来自风，而是来自太阳发出的光子。当光子撞击太阳帆的反射表面时，会产生微小的推力，从而推动航天器在太空中航行。
与传统化学推进系统相比，太阳帆的优势在于它不需要携带燃料，因此可以大幅降低发射成本，并延长航天器的任务寿命。正如美国国家海洋和大气管理局（NOAA）空间天气观测办公室的Irfan Azeem所说：
❝ “这是一种非常新颖的技术，它为我们提供了一种在太空中高效、低成本旅行的新方式。”太阳帆与空间天气预报
太阳帆技术的应用不仅限于深空探索，它还可以显著提升空间天气预报的能力。空间天气是指太阳活动（如太阳耀斑、日冕物质抛射等）对地球磁场和大气层的影响。这些活动可能引发地磁暴，进而对地球上的电力系统、通信网络、卫星导航（如GPS）以及航空交通造成严重干扰。
目前，科学家们主要通过位于拉格朗日L1点（Lagrange Point L1）的卫星监测太阳活动。L1点位于地球和太阳之间，距离地球约150万公里，是一个引力平衡点。在这里，卫星可以稳定地观测太阳，提供持续的空间天气数据。然而，L1点的位置距离太阳仍然较远，导致数据获取存在一定的时间延迟。
太阳帆技术的引入，可以让卫星进一步“逆流而上”，更接近太阳，从而更快地获取太阳活动的数据。Azeem解释道：“太阳帆使我们能够超越L1点，以更高的效率获取数据。这将使空间天气预警的提前时间增加50%。”
前景广阔，但还有挑战
首先，太阳光压产生的推力非常微弱，因此太阳帆需要具备极大的表面积才能产生足够的推动力。例如，NOAA正在开发的“太阳巡航者”（Solar Cruiser）项目，其太阳帆面积将达到约1653平方米，相当于三个篮球场的大小。
其次，太阳帆的材料需要具备极高的反射率和轻量化特性。目前，科学家们正在利用先进的材料科学，开发超薄、高强度的反射膜，以确保太阳帆在太空极端环境下的稳定性。
*艺术家绘制的“太阳巡航者”太阳帆示意图（NASA/Aero Animation/Ben Schweighart）*太阳帆的应用前景
除了空间天气预报，太阳帆技术还有望在深空探测领域大显身手。例如，利用太阳帆推动的小型航天器可以前往太阳系的边缘，甚至飞向其他恒星系统。这种“光帆”技术已经在一些实验性任务中得到了验证，例如2019年发射的“光帆2号”（LightSail 2）任务。
此外，太阳帆还可以用于清理太空垃圾、监测小行星等任务。随着技术的不断进步，太阳帆有望成为未来太空探索的重要工具之一。
未来，随着太阳帆技术的成熟，我们或许能够更早地预警太阳风暴，更深入地探索太阳系，甚至将目光投向更遥远的星际空间。太阳帆，正在为人类的太空梦想“扬帆起航”。
来源：天文通
编辑：Chocobo
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
如需转载请联系原公众号
扫码进入“科学与中国”小程序，可观看以院士科普视频为代表的优秀科普视频，第一时间获取中国科学院公众科学日、科学节等科普活动报名信息。
1.2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.