美國宇航局(NASA)的工程師們已經(jīng)開始測試新型空間推進(jìn)系統(tǒng),，一旦成功,，它將有望將人類的探索范圍拓展至恒星際空間,。
這一系統(tǒng)將利用太陽釋放出的大量粒子產(chǎn)生的推力,，實現(xiàn)史無前例的加速,。研究人員們指出,，采用這種推進(jìn)方式的新型飛船將能夠在短短10年內(nèi)飛抵日球?qū)禹?，而采?970年代技術(shù)發(fā)射的旅行者號飛船完成這一路程則整整耗費了35年的時間,。日球?qū)禹?heliopause)是太陽風(fēng)作用逐漸終止,，空間環(huán)境逐漸向恒星際空間過渡的邊界層。
這一新型推進(jìn)概念被稱作“日球?qū)禹旍o電快速推進(jìn)系統(tǒng)”(HERTS),，或者直接稱為“靜電風(fēng)帆”(E-Sail),，其推進(jìn)不需要任何內(nèi)部安裝的推進(jìn)系統(tǒng)。相反,，“靜電風(fēng)帆”將借助太陽風(fēng)抵達(dá)日球?qū)禹?，那里可以被視作是太陽系的邊界?/p>
一艘緩慢自轉(zhuǎn)的飛船可以釋放10~20根帶電鋁制導(dǎo)線，形成一個巨大的“靜電風(fēng)帆”,。每條這樣的導(dǎo)線厚度僅有一毫米,，但長度達(dá)到12.5英里(約合20公里)，幾乎和219個足球場相當(dāng),。
這款“靜電風(fēng)帆”能夠排斥通過的帶電荷的質(zhì)子流,，從而產(chǎn)生推力。HERTS“靜電風(fēng)帆”項目的首席科學(xué)家,，美國宇航局馬歇爾空間飛行中心先進(jìn)概念辦公室的布魯斯·魏格曼(Bruce Wiegmann)表示：“太陽每時每刻都在以極高的速度釋放出大量質(zhì)子和電子,，速度可以達(dá)到每秒400~750公里。而靜電風(fēng)帆正是利用這股粒子流實現(xiàn)推進(jìn),?！?/p>
一艘緩慢自轉(zhuǎn)的飛船可以釋放10~20根帶電鋁制導(dǎo)線，形成一個巨大的“靜電風(fēng)帆”,。每條這樣的導(dǎo)線厚度僅有一毫米,，但長度達(dá)到12.5英里(約合20公里)，幾乎和219個足球場相當(dāng)
在受控等離子體腔室內(nèi)進(jìn)行測試工作,，“日球?qū)禹旍o電快速推進(jìn)系統(tǒng)”(HERTS)將測試在帶正電荷的導(dǎo)線作用下質(zhì)子和電子被吸引和排斥的效率,。工程師們還將開展等離子體測試，并改進(jìn)未來進(jìn)一步開發(fā)靜電風(fēng)帆所需要模型數(shù)據(jù)
目前,，位于亞拉巴馬州的美國宇航局馬歇爾空間飛行中心已經(jīng)開始了相關(guān)技術(shù)實驗,，預(yù)計這一研究項目將持續(xù)至少兩年時間。在這次實驗期間,，工程師們將會確定靜電風(fēng)帆在飛行過程中能夠排斥開的質(zhì)子數(shù)量以及能夠被吸引的電子數(shù)量,。工程師們還將開展等離子體測試，并改進(jìn)未來進(jìn)一步開發(fā)靜電風(fēng)帆所需要模型數(shù)據(jù),。
關(guān)于靜電風(fēng)帆推進(jìn)的最初設(shè)想來自芬蘭氣象研究所(FMI)的裴卡·詹能博士(Dr Pekka Janhunen),，但研究人員表示想要真正將這一設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實仍然有大量的工作需要去做，目前這項技術(shù)距離真正實現(xiàn)應(yīng)用至少還有10年以上的差距,。
隨著飛船逐漸遠(yuǎn)離太陽,，這款風(fēng)帆的有效作用面積還會進(jìn)一步增加，在距離太陽一個天文單位(即地球到太陽的平均距離)處,，這款風(fēng)帆的有效作用面積大約是232平方英里(約合600.87平方公里),，但在距離5個天文單位處,，其有效面積將增大到大約463平方英里(約合1199.2平方公里),。
在一般情況下，太陽光子流的能量隨著和太陽之間的距離增加,，其能量會減弱,，因此一般認(rèn)為采用太陽光壓推進(jìn)技術(shù)的飛船到了太陽系的小行星帶范圍外側(cè)開始就將很難獲得足夠的推力繼續(xù)向外飛行了。
但是靜電風(fēng)帆利用的是太陽風(fēng)粒子流(質(zhì)子和電子),，因此情況完全不同,，在小行星帶范圍外側(cè)，靜電風(fēng)帆將能夠繼續(xù)向前飛行,。魏格曼表示：“我們不必有此擔(dān)心,，伴隨穩(wěn)定的質(zhì)子流和不斷擴大的有效推進(jìn)面積，甚至在距離太陽遠(yuǎn)達(dá)16~20天文單位的位置上,，我們的飛船仍然將能夠獲得足夠的推力而維持飛行,，這已經(jīng)比采用光壓技術(shù)的太陽帆飛船的飛行距離至少超出3倍以上。這樣漫長的加速過程將產(chǎn)生極高的速度?！?/p>
當(dāng)美國宇航局的旅行者-1號飛船在2012年確認(rèn)跨越日球?qū)禹數(shù)臅r候,，這艘飛船在太空里已經(jīng)飛行了整整35年之久。而采用這種新型推進(jìn)技術(shù)的未來飛船達(dá)成這一目標(biāo)預(yù)計將只需要大約1/3的時間,。魏格曼表示：“我們的研究顯示,，采用靜電風(fēng)帆技術(shù)推進(jìn)的飛船將能夠在不到10年的時間里抵達(dá)日球?qū)禹敗＿@將對此類飛船的科學(xué)回報效率產(chǎn)生革命性的影響,?！?/p>
盡管這項技術(shù)的設(shè)計初衷是為了讓飛船跨越日球?qū)禹敚芯咳藛T們表示其對于太陽系內(nèi)部的探索同樣意義重大,。
魏格曼表示：“隨著研究組深入考察這一技術(shù)概念,，事情已經(jīng)逐漸變得清晰，那就是這項技術(shù)設(shè)計是具有靈活性和可調(diào)整性的,。未來的任務(wù)設(shè)計者們可以通過調(diào)節(jié)導(dǎo)線長度,、導(dǎo)線數(shù)量以及電壓高低來適應(yīng)不同的任務(wù)目的——或許是內(nèi)太陽系探索、外太陽系探索或者是飛往日球?qū)禹攨^(qū)域,。靜電風(fēng)帆技術(shù)的應(yīng)用范圍廣闊,。”