距离4.24光年的半人马座α星听起来并不遥远,但以现有探测器的速度,前往那里仍需数万年。近日,一篇在宇航领域学术期刊上发布的论文提出了一种新方法:在太阳附近建立电子束发射器,让探测器以光速的十分之一速度前进,40年内就能到达。论文的作者杰弗里·格雷森和格里特·布鲁豪格称之为“太阳光束任务”。
这一方案的独特之处在于探测器几乎不需要携带燃料,这与传统化学火箭不同,因为后者大部分重量都源于燃料。太阳光束任务把能量留在太阳附近,探测器只需接收能量,大大减轻了其重量并提高了加速度。电子在加速时表现出色,使用相同设备可以将其推至接近光速。尽管电子之间存在排斥力,但在接近光速时,时间膨胀效应使它们能够保持在束流中,形成稳定的推进。
预计到达比邻星需要42.4年,到达半人马座α星则需要43.7年,因此40年只是一个大致的时间估算。尽管推进阶段可能只有几年,其余的时间探测器将依靠惯性滑行,这也带来了姿态控制和电力维持的问题。计划中的探测器大约重1000公斤,能配备多种科学仪器,进行深入研究。相比之下,体积更小的探测器只能拍摄模糊图像。 千亿球友会
另一个可行的推进方案是通过激光照射航天器的接收面来推送探测器,这同样面临着能量如何传递远和束流精确对准等挑战。虽然两种方法各有优缺点,但最终的经验可以互为借鉴。
半人马座α星系统本身由三颗恒星组成,其中A星和B星类似于太阳,绕行周期约为80年,而比邻星则是一颗红矮星。比邻星附近已有确认的行星,可能位于适合液态水存在的区域,探测器即使只是掠过,也可获得更精确的大气数据。
另外,探测器需要具备自动导航能力,因为推动的电子束来自外部,无法依赖自身发动机进行轨道修正。维持数十年稳定的飞行需要高效的自我修正系统。 千亿球友会
与之相比,突破摄星计划采用不同的路线,旨在通过地面激光推送光帆,计划在约20年内抵达目标,然其载荷却小得多,且大规模激光阵列建设也是巨大的挑战。电子束的优势在于其在远离太阳后衰减更慢,能承载更重的探测器。
“太阳光束任务”将依托一颗悬停在太阳附近的静止卫星,卫星需具备有效的防热装置,以保护精密设备免遭太阳高温的影响。尽管这并非新思路,但通过已有的经验,证明近距离接触太阳是可行的。
然而,系统的散热和能量转化依然是技术难点,需在设计中综合考虑。在太阳旁边,阳光充足,通过高温热离子转换器将其转化为电能。然而,整个系统必须经得起长时间的高温考验,这对工程提出了严峻的挑战。根据论文设定,束流所需的能量达到190亿电子伏特,与大型对撞机相当。 千亿球友会