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科学杂说|跨世界航行的最佳方式是什么？电帆还是太阳帆？


北京联盟_本文原题：跨世界航行的最佳方式是什么？电帆还是太阳帆？
科学杂说|跨世界航行的最佳方式是什么？电帆还是太阳帆？
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在过去的十年中 ， 已经发现了太阳系以外成千上万的行星 。 这产生了重新引起人们对空间探索的兴趣的效果 ， 其中包括可能派遣航天器来探索系外行星 。 考虑到所涉及的挑战 ， 目前正在探索许多高级概念 ， 例如历史悠久的轻帆概念（例如BreakthroughStarshot和类似建议所举例） 。
但是 ， 近年来 ， 科学家们提出了一种可能更有效的概念 ， 即由金属丝网组成的电帆 ， 该电帆产生电荷以偏转太阳风粒子 ， 从而产生动量 。 在最近的一项研究中 ， 两位哈佛大学的科学家对这些方法进行了比较和对比 ， 以确定哪种方法对不同类型的任务更有利 。
这项研究最近在网上发表 ， 并由ActaAstronautica进行审查 ， 由ManasaviLingam和佛罗里达理工学院（FIT）的助理教授 ， FrankB.BairdJr.科学教授的AbrahamLoeb进行 。 分别是哈佛大学和理论与计算研究所（ITC）的主任 。
轻帆的概念是古老的 ， 它涉及到装有大片反射材料的航天器 ， 该材料利用恒星的辐射压力（恒星风）随时间加速 。 该技术的主要优势在于 ， 它不需要航天器运输自己的燃料供应 ， 而燃料供应通常占航天器质量的大部分 。
当涉及星际旅行时 ， 这一点尤其重要 ， 因为达到光速（c）的一小部分所需的反应质量将非常巨大 。 与反物质推进等概念或依赖尚未经过测试（甚至是假设）的物理学的概念不同 ， 太阳/光帆使用的技术和物理学在这一点上已经得到了充分证明 。
另一个优点是可以使用太阳辐射以外的方法来加速航行 。 正如Lingam通过电子邮件向《今日世界》解释的那样：“光帆可以通过激光阵列或太阳/星状辐射'推动' 。 在任何一种情况下 ， 光帆的主要优点是不需要像船上那样携带燃料 。 化学火箭 。 这大大减少了航天器的质量 ， 因为化学火箭的大部分质量都来自燃料 。 同样的优点也适用于电动帆 。 ”
但是 ， 近年来 ， 人们对此概念进行了改进 ， 例如RobertZubrin和DanaAndrews于1988年提出的磁帆（“帆”）和PekkaJanhunen于2006年提出的电帆 。， 超导回路将产生电场 ， 而后者将通过细线的帆产生磁场-两者都会排斥太阳风 。
这些概念与常规的太阳帆或轻帆有一些显着差异 。 正如Lingam解释的那样：“电帆依靠带电的太阳/星状风粒子（在我们的示例中为质子）通过电场偏转使动量转移 ， 而光帆则依靠恒星发射的光子的动量转移 。 因此 ， 恒星的风驱动电动帆 ， 而恒星发出的电磁辐射则驱动轻帆 。 ”
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有趣的是 ， 一些研究人员已经考虑将磁帆作为一种可能的方法来减慢其驶向目的地的速度 。 其中一位研究员是法兰克福歌德大学理论物理研究所的克劳迪乌斯·格罗斯教授 ， 以及《蜻蜓计划》的主要研究员安德烈亚斯·海因和凯尔文·F·朗 。
【科学杂说|跨世界航行的最佳方式是什么？电帆还是太阳帆？】所有这三个概念都能够将恒星发出的辐射转换成动量 ， 但同时也具有劣势 。 对于初学者来说 ， 电动帆在很大程度上取决于其宿主恒星的特性 。 另一方面 ， 对于M型（红矮星）恒星而言 ， 光帆在很大程度上无效 ， 因为辐射压力不够高 ， 无法产生足以逃离恒星系统的速度 。
这是一个相当有限的问题 ， 因为低质量的超冷M型矮星占了宇宙中绝大多数的恒星 ， 占银河系恒星的75％ 。 与其他类别的恒星相比 ， 红矮星的寿命也非常长 ， 并且可以在其主要序列中保留长达10万亿年 。 因此 ， 在更长的时间范围内 ， 最好使用可以使用红矮星系统的推进系统 。


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