用光能推動飛船在宇宙航行嗎？

400年前，著名的天文學家開普勒曾經設想過一種航天器，它可以不攜帶任何能源，僅僅隻依靠太陽光，就能遨遊太空。

在我們現代人來看，這應該指的是太陽帆飛船，這是一種利用太陽光的光壓進行宇宙航行的航天器，也是目前被認為是唯一一個可以搭載人類飛出太陽系的航天器。

長期以來，人類一直渴望找到一種新的動力方式，來擺脫對火箭的單一依賴，所以對太陽帆技術寄予了厚望，在小說《三體III》的階梯計劃中，就有人類舉全球之力，發射了一艘太陽帆飛船，它先後承受了上千次核爆的力量，将雲天明送往三體艦隊的方向。

但是，太陽光真的能夠産生壓力，或者說推力嗎？

關于光是否能産生壓力的探索最早可以追溯到17世紀，在1619年，開普勒推測彗星之所以背向太陽延伸出一條長長的尾巴，就是因為太陽風在發揮作用，現在我們也知道了，事實确實如此。

所以開普勒的猜想可以說是第一個提出了光壓，後來牛頓主張的光微粒說很自然地引進了光壓的概念，但不久光波的概念就開始普及，光壓也就失去了生存的空間。即使如此，仍舊有衆多實驗物理學家試圖以實驗證明光具有壓力。

光其實是由沒有靜态質量但有動量的光子構成的，當光子撞擊到光滑的平面上時，可以像從牆上反彈回來的乒乓球一樣改變運動的方向，并給被撞擊的物體相應的作用力，單個光子産生的推力很小，通常情況下人們難以察覺。

在正午陽光最強，而且直射地面的時候，光在一平方米帆面上産生的推力隻有0.9達因，還不到一隻螞蟻的重量。

但在太空中，因為沒有空氣阻力，一點點輕微的推力，比如說太陽光的壓力，就可以讓物體加速，于是人們想到了帆。人類很早就學會了制造帆，利用自然界的風這種免費而無限的動力來彌補劃槳力量的不足。

假設有一艘直徑為300米，帆面面積達到7萬平方米的太陽帆飛船，飛船的質量是500千克，那麼它離開地球軌道時每秒的速度增加值是1毫米/秒，但日積月累，等它抵達火星軌道時，時間才過去284天，算下來，這個速度要比許多化學火箭的速度要快得多。

如果太陽帆的直徑增至2000米，它獲得的1.5噸的推力将能把重約5噸的航天器送到太陽系以外。

顯而易見，太陽帆成本低，飛行速度快，是在低技術條件下飛出太陽系、飛向恒星際空間的首選。

1984年，一個名叫羅伯特-弗沃德的物理學家做出過一個工程分析，他得出的結論是，要進行長期的太空飛行，最佳的方法就是向一個大型薄帆發射大功率激光，當激光帆采用整體式圓盤布局并搭載1噸的有效載荷時，最大的速度能達到光速的十分之一，飛抵半人馬座α星隻需要40年，甚至是更少的時間。

半人馬座α星

而如果用上人類現有的最快飛船，要想達到半人馬座α星也要花上3萬年。據估算，如果使用金屬铍來作為帆面材料的話，太陽帆飛船飛抵半人馬座α星的行程的耗電費用隻有66.3億美元，相當于阿波羅計劃投資的1/4。

世界上第一艘太陽帆飛船是宇宙1号，它重50千克，是由8片長度為15米的三角形聚酯薄膜帆闆組成的，每張帆闆的厚度比普通塑料垃圾袋還薄，而且它們異常牢固，表面上塗滿了高效反光物質，帆闆的總面積達到600平方米。

據計算，在太陽光微弱的壓力推動下，宇宙1号可以以每秒1毫米的速度慢慢加速移動，在帆面展開24小時後，速度可以增加到161公裡/時，如果宇宙1号能持續飛行3年，那麼它的速度可以提升到161000公裡/時，不到5年的時間，宇宙1号就可以達到冥王星，但不幸的是，宇宙1号在發射升空後的83秒就與地面失去了聯系。

到目前為止，世界上最成功的的太陽帆試驗是2010年日本發射的伊卡洛斯号，伊卡洛斯号的帆厚約7.5微米，相當于頭發絲直徑的1/10左右。在火箭發射的時候，帆将會折疊起來，收藏在直徑約1.6米的圓筒形機體外側。它與日本的金星探測器“曉”号一同升空。

在離地球大約大約7.7×10的6次方公裡的太空中，成功展開了太陽帆，根據計算，在半年内，伊卡洛斯号能夠加速到每秒100米。目前，它還在宇宙中翺翔。

可以說，隻要有陽光存在的地方，太陽帆飛船就可以不斷地獲得動力加速飛行，太陽帆代表了人類未來太空飛行的一種技術，伊卡洛斯号的成功試驗也證明，人類未來是可以用太陽帆來從事深空探索。

但因為地球大氣的存在，會使得激光衰減，更理想的發射點應該是月球這種幾乎沒有大氣層阻礙的天體，如果未來能夠開采月球上的He-3資源，并實現可控核聚變，那麼，未來我們可能能見證從月球飛出的一葉孤帆，将飛出太陽系，帶領人類在深空探索領域邁出一大步。

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