随着天文探測技術的飛速發展，人類的足迹在上個世紀60年代末就已經到達了月球，而人類探測器到達的地方則更遠，像地球的近鄰天體－月球、金星和火星，上面都擁有着人類探測器的“足迹”，更遠的空間，比如太陽、木星以及天王星、海王星、冥王星，我們也都發射過諸多探測器進行近距離探測。目前，深空探測器飛行最遠的當屬旅行者1号，已經到達距離地球220多億公裡的宇宙空間。

然而，從目前探測器的飛行速度來看，仍然非常低，比如最遠的旅行者1号，目前的飛行速度僅有每秒17公裡，這個速度在地球上看簡直是“風馳電掣”，但是對于廣袤的宇宙空間，這點速度真是龜速。如果将太陽系的有效引力範圍确定為太陽系邊界的話（2光年），那麼旅行者1号距離真正飛出太陽系，還得至少需要1.7萬年之久。

去年，我國發射了天問一号火星探測器，成功抵達火星并順利釋放出祝融号火星車，開啟了偉大的火星探測之路。雖然火星是地球的其中一個近鄰，但是以目前的探測器發射和飛行速度，探測器到達火星還得需要半年的時間。與整個太陽系相比，這點距離簡直可以忽略不計，在海王星外圍還有柯伊伯帶，再向外還有更廣闊的奧爾特雲，如果僅靠常規的探測器，幾萬年的時間才有可能脫離太陽系的範圍，這無疑是遙遙無期的。

不過，科學家們另辟蹊徑，依靠着另外一種能量供給方式，來為探測器提供源源不斷的能量，而且能量密度極高，可以為探測器在短時間内提供極高的飛行速度，這種技術就是“光帆”，也叫“太陽帆”。

早在400年前，天文學家開普勒就提出了“光帆”的設想，人類可以制造出不攜帶任何能源、僅僅依靠太陽光的輻射能量，就能快速飛行的飛行器，同時開普勒還計算出利用太陽輻射能，可以為飛行器提供的具體推力大小。在這400年間，很多科學家根據牛頓第二定律及相關物理原理，對“光帆”技術進行不斷論證，不斷提出改善飛行器材質、優化飛行器結構的方案。進入本世紀後，俄羅斯、日本、美國等國家，就此項技術開展了一系列的太空實驗，為後續“光帆”技術的發展奠定了基礎。

著名宇宙學家霍金，生前提出了一項令人振奮的計劃，即“突破攝星”工程，應用的就是“光帆”技術，通過利用太陽輻射提供的光壓，将質量很輕的飛行器進行加速，經測算，理想狀态下，飛行器可以在50年的時間内到達距離我們最近的恒星－比鄰星。如果按照這樣的速度來衡量，我們也僅需要不到一半的時間，就能真正的跨越太陽系了。

“光帆”技術的原理非常簡單。大家知道，光線的構成以及運動，都是其中存在光子的結果。光子是一類沒有靜止質量但具有動态質量的粒子，光子在以光速進行運動時，如果撞擊到非常光滑的表面，那麼就有一部分光子被表面反彈回來，從而形成光的反射。按照動量守恒定律，光子在被反彈回來時，也會給被撞擊的物體相應的作用力，從而可以改變物體的運動狀态，使其以一定的速度沿着光子原來的行進方向運動。

由于單個光子對物體所産生的推力極小，所以，為了獲取更大的推力，則需要物體接受光子撞擊的數量增加，所以物體的表面積越大，那麼所受到的推力就會越大。但是，按照牛頓第二定律，一個物體的加速度大小，取決于所受合力的大小以及物體的質量，一方面合力越大，加速度就越大，這就是剛才所說的通過增加物體表面積的方式，來提高物體所受光子推力的合力。另一方面，物體的質量越小，則在相同的推力下，所得到的加速度就越大，從而更容易被加速。

由于地球大氣層因素的影響，如果在近地面的空間内進行“光帆”加速，無疑受到的阻力會非常大，而且飛行器所受光壓推動的數值本身就非常小，因此要想獲得理想的“光帆”加速，必須要在地球大氣層之外的深空處來實施，這樣即使輕微的推力就能使飛行器獲得加速效果。

通過剛才的分析，我們可以看出，決定着“光帆”加速的兩個因素，即飛行器的表面積和質量，似乎是一對矛盾，表面積越大，質量就可能越高，因此如何既能保證飛行器接受光子的數量還多，另外質量還輕，就成為決定“光帆”實施效果的重要因素，這樣“優秀”的飛行器制造材料理所應當成為了重中之重。

通過科學家們長期的研究，認為一種非常輕而且薄的聚酯薄膜是理想之選，這種材料不但輕薄，而且異常堅硬，同時反光效果極佳，這樣就能夠滿足減少飛行器質量、提高光線反射率、增強耐受性等方面的需要。

在飛行器材料優選的基礎上，近期，加州大學洛杉矶分校的研究團隊又提出了額外的支撐方案，一方面通過瘦身來給飛行器減重，使飛行器總質量不超過100克，而且在原來的聚酯薄膜中增加氮化矽或者氮化硼物質，使飛行器表面對光線的反射性能更為出衆。另一方面，可以通過在地球上向飛行器發射激光，來提高給飛行器提供的推力，從而提高飛行器的加速度。

通過理論計算，通過優化改造的“光帆”飛行器，從地球上空飛行火星僅需20天，飛到冥王星隻需要3年時間，這比之前“傳統”的探測器飛行速度有了質的提升。目前該方案已經通過了諸多科學家們的論證，并且已經開展了相應的太空實驗。

雖然利用“光帆”技術的核心受制約因素是質量問題，我們短期内還不能突破利用“光帆”實現載人航天的目标，但是，通過對飛行器結構的優化、攜載設備的技術升級，不久的将來或許就能夠實現無人的深空探測，我們人類不再需要等待上千上萬年的時間，就能夠看到太陽系外的宇宙空間究竟是什麼模樣。

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