太空衝浪？NASA 支持的太陽帆將把科學推向新的高度

提高光線利用率

NASA 選擇了一個迷人的新專案進行進一步開發，該專案被稱為衍射太陽帆（ Diffractive Solar Sail ）。通過在光線照射到帆上之前對其進行彎曲，這個裝置可以比傳統的推進技術更有效地推動航太器。

太陽帆概念圖

該專案被選為 NASA 創新先進概念（ NASA Innovative Advanced Concepts, NIAC ）專案的第三階段研究。第三階段旨在對NIAC概念進行戰略轉型，為 NASA 、其他政府機構或商業合作夥伴帶來最大的潛在影響。

「隨著我們比以往任何時候都更深入地探索宇宙，我們將需要創新的尖端技術來推動我們的任務。」 NASA 局長比爾·納爾遜說。「 NASA 創新先進概念計畫有助於釋放遠見卓識的想法，如新穎的太陽帆，並使其更接近現實。」

It’s science, not science fiction

就像帆船利用風橫渡海洋一樣，太陽帆利用陽光施加的壓力推動飛船在太空中飛行。現有的反射式太陽帆設計通常非常大，非常薄，並且受到陽光方向的限制，迫使其在動力和導航之間進行權衡。衍射光帆將使用嵌入薄膜中的小光柵來利用光的衍射特性（當光通過狹窄的開口時，衍射特性導致光發散）。這將使航太器在不犧牲機動性的情況下更有效地利用陽光。

「探索宇宙意味著我們需要新的儀器、新的想法和新的出行方式。」華盛頓 NASA 總部 NASA  STMD 副局長吉姆·勒特說。「我們的目標是在這些技術的整個生命週期中進行投資，以支援強大的創新生態系統。」

新的第三階段獎勵將在兩年內為研究團隊提供200萬美元，用於繼續技術開發，為潛在的未來示範任務做準備。該專案由位於馬里蘭州勞雷爾的約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的安珀·杜比爾領導。

「 NIAC 使我們能夠在航空航太領域培養一些最具創意的技術概念。」NASA 總部 NIAC 專案代理專案執行官邁克·拉波特表示。「我們的目標是改變這種可能性，而衍射太陽航行計畫有望在一系列激動人心的新任務應用中做到這一點。」

衍射光航行將使太陽帆的能力超出目前正在開發的任務所能實現的範圍。該專案由位於馬里蘭州勞雷爾的約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的安珀·杜比爾領導。這一概念的可行性之前曾在紐約羅切斯特理工學院的格羅弗·斯沃茨蘭德博士領導的 NIAC 第一階段和第二階段獎項下進行過研究，他繼續擔任該項目的聯合研究員。萊斯·詹森在阿拉巴馬州亨茨維爾的 NASA 馬歇爾太空飛行中心[2]負責兩項即將開始的太陽帆任務，也是一名聯合調查員。在早期的獎項下，該團隊設計、製造並測試了不同類型的衍射帆材料；進行實驗；並為繞太陽兩極運行的繞射光帆任務設計了新的導航和控制方案。

進一步優化

第三階段的工作將優化帆材料並進行地面測試，以支持這一概念性太陽任務。使用傳統的航太器推進器很難實現經過太陽北極和南極的軌道。由恒定的陽光壓力推動的輕型衍射光帆可以將科學航太器置於太陽兩極周圍的軌道上，以促進我們對太陽的瞭解並提高我們的太空天氣預報能力。

「衍射太陽航行是對幾十年前的光帆願景的現代詮釋。雖然這項技術可以改進多種任務架構，但它有望極大地影響太陽物理學界對獨特太陽觀測能力的需求。」杜比爾說。 「憑藉我們團隊在光學、航空航太、傳統太陽航行和超材料方面的綜合專業知識，我們希望讓科學家能夠以前所未有的方式看到太陽。」

NIAC 通過多個漸進的研究階段支持有遠見的研究想法。2022年2月， NASA 宣佈了17項第一階段和第二階段的方案選擇。 NIAC 由 NASA 的 STMD 資助， STMD 負責開發該機構實現其當前和未來任務所需的新的跨領域技術和能力。

參考來源：

[1]太陽帆 – 維基百科，自由的百科全書 (wikipedia.org)

[2]馬歇爾太空飛行中心 – 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

[3]NASA-Supported Solar Sail Could Take Science to New Heights | NASA