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利用先进的光子材料将太阳能航行提升到新的水平

装备风帆并被太阳推进的航天器不再是科幻小说或理论空间任务的东西。现在,罗彻斯特理工学院的研究人员正在利用先进的光子材料将太阳能航行提升到一个新的水平。

根据RIT切斯特卡尔森成像科学中心教授格罗弗斯沃兹兰德的说法,超材料 - 一种具有非常规性质的新型人造结构 - 可能代表太阳帆的下一次技术飞跃。他建议用衍射的metafilm帆代替反射金属帆。这些新材料可用于控制反射或透射光子,用于近地,行星际和星际空间旅行。

“衍射薄膜也可以设计成用较轻的电光控制装置来替代重型和容易出故障的机械系统,而没有活动部件,”他说。

Swartzlander正在领导一项探索性研究,该研究得到了美国宇航局创新高级概念计划的第一阶段资助。为期9个月的125,000美元奖励鼓励开发具有改变未来太空探索潜力的远见技术。光学学会将于10月7日至9日在华盛顿特区举办一场由辐射压力进行太空推进超材料薄膜的孵化器会议,以创建一个路线图,用于在低地球轨道卫星上推进超材料帆,称为CubeSats。Swartzlander将协助与美国宇航局马歇尔太空飞行的太空推进技术项目办公室经理兼美国宇航局近地小行星侦察任务或NEA Scout首席调查员的共同组织者Les Johnson会面; 和BEAM公司总裁Nelson Tabirian,

“CubeSats正在成为科学,安全和商业用途的重要国家,”斯沃茨兰德说。“将数百个CubeSat从低地球轨道上升,离轨或驻扎的潜力将成为公认的改变游戏规则的游戏,它将在不断增长的小卫星社区中培养学生,企业家和航空航天科学家和工程师的热情和倡导。”

NEA Scout将成为第一个附有风帆的CubeSat科学任务。作为美国宇航局勘探任务-1的一部分,它将进行科学和技术调查的13颗卫星之一。EM-1计划于今年在新的太空发射系统火箭上发射。部署后,NEA Scout的铝涂层聚酰亚胺帆将反射阳光,推动侦察机器人航天器在其两年的巡航中。

Swartzlander说,衍射的metafilm帆可以纠正反射金属帆的已知限制 - 过热,光子的低效使用和航天器的过度倾斜 - 因为新材料可以:

较低的吸收:所提出的衍射表面将消除金属涂层中固有的问题,这些问题加热并损害帆基板;

光子的再利用:衍射风帆将回收透射光子,将它们转换为太阳能电力或两次衍射光以增加动量。(反射风将光子反射回太空或吸收金属涂层); 和

改进的定向:衍射风帆保持面向太阳的更有效位置,允许在嵌入式光伏电池上高效推进和产生太阳能电力。(当航天器倾斜时,反射帆效果最好。但是,这种方向会减少太阳能在帆上的投射。)

Swartzlander说:“衍射风帆也可能是为激光推进而设计的,这种概念最近引起了私人投资者的极大兴趣,导致了一项名为Breakthrough Starshot的计划。”

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