nasa 測試另種帆E-Sail 電動帆

[peter]

http://www.cnbeta.com/articles/492403.htm

日前开始对具有革新性的“电动帆”宇宙飞船推进系统方案进行测试。这种推进系统可利用太阳风使飞船以前所未有的速度进行星 际航行，并能降低其对燃料的依赖。NASA马歇尔太空飞行中心工程师、“电动帆”项目负责人布鲁斯·维格曼介绍，太阳可以非常高的速度（每秒400公里到 750公里）向太阳风中释放质子和电子，而“电动帆”将利用这些质子推进飞船高速行进

据NASA官网消息，这种系统由10到20根通电的铝制导线从宇宙飞船的中心延伸出来，形成一个巨大的、圆形的“电动帆”，它可以在静电状态下排斥太阳风中高速运动的质子。质子遭到排斥的同时会形成动量的交互，从而给宇宙飞船带来推力。



“电动帆”上每根铝制导线都又细又长，直径只有1毫米，但长度接近12.5英里。它们张开后的大小差不多有219个足球场那么大。宇宙飞船每小时会缓慢地旋转一周，离心力会保持这些导线处于张开状态。

这次测试将使用高强度太阳能环境测试系统，目的是检验质子和电子与带正电的导线发生碰撞的速率。实验还将测试被导线吸引的电子。这一信息将被用于研发“电动帆”所需要的“电子枪”，它可以驱逐宇宙飞船上多余的电子来保持导线的电压正偏差——这对推进系统的运转十分关键。

“电动帆”的概念最初由芬兰气象研究所研究员佩卡·鉴胡能提出。这一概念的发展获得NASA创新先进概念计划（NIAC）的支持。2015年“电动帆”项目进入NIAC计划第二阶段，并获得50万美元的资金用于进行为期两年的调查研究。


wiki
電動帆（英語：Electric sail、Electric solar wind sail，簡稱：E-Sail）是一種建議將太陽風作為動壓來源的太空飛行器推進方式，其原理為為製造電場來改變太陽風質子的行進方向，進而推動太空載具移動。整個系統在2006年時由芬蘭科學家派卡·鑒胡能所提出，並且於芬蘭氣象研究所內透過細電線所形成的磁場完成「模擬」電動帆之實驗


目前制造“电动帆”飞船推进系统所需要的技术还处于较低的准备水平。如果两年内在等离子体测试、模型建立和导线研发等方面的研究证明这种方案可行的话，设计制造这种新型的飞船推进系统还需要大量工作去做。这种技术进入实际应用阶段可能至少需要10年时间。

[peter]

“太阳风推进”技术：10年可飞抵太阳系边缘

http://www.cnbeta.com/articles/497263.htm


(NASA)的工程师们已经开始测试新型空间推进系统，一旦成功，它将有望将人类的探索范围拓展至恒星际空间。这一系统将利用太阳释放出的大量 粒子产生的推力，实现史无前例的加速。研究人员们指出，采用这种推进方式的新型飞船将能够在短短10年内飞抵日球层顶，而采用1970年代技术发射的旅行 者号飞船完成这一路程则整整耗费了35年的时间。日球层顶(heliopause)是太阳风作用逐渐终止，空间环境逐渐向恒星际空间过渡的边界层。



美国宇航局的工程师们已经开始测试新型空间推进系统，这一系统将利用太阳释放出的大量粒子产生的推力，实现史无前例的加速，一旦成功，它将有望将人类的探索范围拓展至恒星际空间

这一新型推进概念被称作“日球层顶静电快速推进系统”(HERTS)，或者直接称为“静电风帆”(E-Sail)，其推进不需要任何内部安装的推进系统。相反，“静电风帆”将借助太阳风抵达日球层顶，那里可以被视作是太阳系的边界

这一新型推进概念被称作“日球层顶静电快速推进系统”(HERTS)，或者直接称为“静电风帆”(E-Sail)，其推进不需要任何内部安装的推进系统。相反，“静电风帆”将借助太阳风抵达日球层顶，那里可以被视作是太阳系的边界。

一艘缓慢自转的飞船可以释放10~20根带电铝制导线，形成一个巨大的“静电风帆”。每条这样的导线厚度仅有一毫米，但长度达到12.5英里(约合20公里)，几乎和219个足球场相当。

这款“静电风帆”能够排斥通过的带电荷的质子流，从而产生推力。HERTS“静电风帆”项目的首席科学家，美国宇航局马歇尔空间飞行中心先进概念办公室的布鲁斯·魏格曼(Bruce Wiegmann)表示：“太阳每时每刻都在以极高的速度释放出大量质子和电子，速度可以达到每秒400~750公里。而静电风帆正是利用这股粒子流实现推进。”一艘缓慢自转的飞船可以释放10~20根带电铝制导线，形成一个巨大的“静电风帆”。每条这样的导线厚度仅有一毫米，但长度达到12.5英里(约合20公里)，几乎和219个足球场相当



在受控等离子体腔室内进行测试工作，“日球层顶静电快速推进系统”(HERTS)将测试在带正电荷的导线作用下质子和电子被吸引和排斥的效率。工程师们还将开展等离子体测试，并改进未来进一步开发静电风帆所需要模型数据

目前，位于亚拉巴马州的美国宇航局马歇尔空间飞行中心已经开始了相关技术实验，预计这一研究项目将持续至少两年时间。在这次实验期间，工程师们将会确定静电风帆在飞行过程中能够排斥开的质子数量以及能够被吸引的电子数量。工程师们还将开展等离子体测试，并改进未来进一步开发静电风帆所需要模型数据。

关于静电风帆推进的最初设想来自芬兰气象研究所(FMI)的裴卡·詹能博士(Dr Pekka Janhunen)，但研究人员表示想要真正将这一设想变为现实仍然有大量的工作需要去做，目前这项技术距离真正实现应用至少还有10年以上的差距。

随着飞船逐渐远离太阳，这款风帆的有效作用面积还会进一步增加，在距离太阳一个天文单位(即地球到太阳的平均距离)处，这款风帆的有效作用面积大约是232平方英里(约合600.87平方公里)，但在距离5个天文单位处，其有效面积将增大到大约463平方英里(约合1199.2平方公里)。

在一般情况下，太阳光子流的能量随着和太阳之间的距离增加，其能量会减弱，因此一般认为采用太阳光压推进技术的飞船到了太阳系的小行星带范围外侧开始就将很难获得足够的推力继续向外飞行了。

但是静电风帆利用的是太阳风粒子流(质子和电子)，因此情况完全不同，在小行星带范围外侧，静电风帆将能够继续向前飞行。魏格曼表示：“我们不必有此担心，伴随稳定的质子流和不断扩大的有效推进面积，甚至在距离太阳远达16~20天文单位的位置上，我们的飞船仍然将能够获得足够的推力而维持飞行，这已经比采用光压技术的太阳帆飞船的飞行距离至少超出3倍以上。这样漫长的加速过程将产生极高的速度。”

当美国宇航局的旅行者-1号飞船在2012年确认跨越日球层顶的时候，这艘飞船在太空里已经飞行了整整35年之久。而采用这种新型推进技术的未来飞船达成这一目标预计将只需要大约1/3的时间。魏格曼表示：“我们的研究显示，采用静电风帆技术推进的飞船将能够在不到10年的时间里抵达日球层顶。这将对此类飞船的科学回报效率产生革命性的影响。”

尽管这项技术的设计初衷是为了让飞船跨越日球层顶，但研究人员们表示其对于太阳系内部的探索同样意义重大。

魏格曼表示：“随着研究组深入考察这一技术概念，事情已经逐渐变得清晰，那就是这项技术设计是具有灵活性和可调整性的。未来的任务设计者们可以通过调节导线长度、导线数量以及电压高低来适应不同的任务目的——或许是内太阳系探索、外太阳系探索或者是飞往日球层顶区域。静电风帆技术的应用范围广阔。

[peter]

UPDATE
http://www.cnbeta.com/articles/498075.htm

[peter]

http://www.cnbeta.com/articles/523753.htm
NASA的工程师们近日公布了一项激进的推进系统的新细节。该系统或将大大缩短星际旅行的飞行时间。该系统将与太阳释放的粒子发生反应，通过与光子相斥，为飞船提供飞行动力，并让飞船以前所未有的高速运行。研究人员表示，利用该系统，航天器只需十年时间便能抵达太阳风顶层，而“旅行者”探测器足足用了35时间才走完了这段路程。他们希望能在2020年之前对该系统展开测试。
他们提出的概念名叫“太阳风顶层静电快速传输系统（Heliopause Electrostatic Rapid Transit System，简称Herts）太阳能电子帆项目”。太阳能电子帆不需要内置推进剂，而是由太阳风进行推动，最终到达太阳风顶层，也就是太阳系的边缘。

“我们能在10年、或12年之内就完成旅行者号此前执行的任务。”NASA马歇尔先进概念办公室的工程师、太阳能电子帆（E-Sail）项目的首席调查员布鲁斯·韦格曼（Bruce Wiegmann）说道。“我们只用五六年时间就能抵达冥王星，只用两年就能抵达木星。”

他们提出的概念名叫“太阳风顶层静电快速传输系统（Heliopause Electrostatic Rapid Transit System，简称Herts）太阳能电子帆项目”。太阳能电子帆不需要内置推进剂，而是由太阳风进行推动，最终到达太阳风顶层，也就是太阳系的边缘。

一艘缓缓旋转的航天器将采用10至20根带电的铝线，打造出一张巨大的“太阳能电子帆”。“我们将把这些又长又细的铝线接在缓慢旋转的航天器外面，并让它们带上正电荷。带正电荷的铝线将与太阳风中带正电荷的离子相斥，从而把飞船向前推去。这就像我们在学校里玩的磁铁一样，磁铁是会同性相斥的。”

每根铝线的直径只有1毫米，但长度足足有12.5英里（约合20公里），差不多相当于219个足球场的长度。太阳能电子帆将与太阳风中的光子相斥，为飞船提供前进的动力。“太阳风中光子和电子的运动速度非常快，可以达到每秒400至750公里。”布鲁斯·韦格曼说道，“太阳能电子帆将利用这些光子推动飞船向前运行。”

NASA马歇尔航天飞行中心的研究人员们已经开始了相关测试，这将会持续两年多时间。他们需要确定有多少光子会与铝线相斥，又有多少电子会与铝线相吸。工程师们还会开展等离子体测试，并改进数据模型，用于太阳能电子帆的进一步研发。不过，专家称该计划存在一定的问题。

“我们正在努力改进这一技术。”韦格曼说道，“我们还在学习相关的物理知识，以便计算太阳风能够提供多大的推力。”

这一构想建立在芬兰气象研究所的佩卡·詹胡南博士（Dr Pekka Janhunen）的发明的基础之上，但研究人员称，还有大量工作尚待完成，也许要再过10年，这一计划才能投入实际使用中。

随着航天器飞行得越来越远，太阳能电子帆的有效区域将不断增加。在距离为1天文单位时，有效区域约为232平方英里（约合600平方公里），而当距离为5天文单位时，有效区域就将超过463平方英里（约合1199平方公里）。

通常来说，当使用太阳帆的航天器到达5天文单位处的小行星带时，太阳光子的能量就会消失，导致航天器无法继续加速。但研究人员认为，太阳能电子帆在过了这一节点之后，仍能继续加速前进。

“我们不需要为太阳风中的光子担心，”韦格曼说道，“光子的供应源源不断，再加上有效面积不断增加，太阳能电子帆将继续加速前进，到达16至20个天文单位处，这至少是太阳帆航天器运行距离的三倍。此外，太阳能电子帆航天器的速度也要快得多。”

NASA的旅行者1号于2012年抵达了太阳能风顶层，此时离它踏上征程已经过去了将近35年时间。而利用这种新方法，航天器抵达太阳能风顶层的时间将缩短为原来的三分之一不到。“我们的研究显示，由太阳能电子帆驱动的星际探测器只需不到10年时间就能抵达太阳能风顶层。”韦格曼指出，“这将使这一类任务的科学收益产生革命性的变化。“

虽然这一技术适合用来把航天器带到太阳能风顶层，但研究人员表示，它也可以用来开展太阳能内部的探索任务。“我们在研究这一构想时，可以清晰地发现，该技术的灵活性和适应性很强。”韦格曼说道。“航天任务和航天器设计师们可以根据自己的不同需求改变铝线的长度、数量和电压水平。太阳能电子帆是非常灵活的

[peter]

https://www.tam.museum/astronomy/astronomy_detail.php?lang=tw&id=866

利用「光帆」可能是解決辦法，原理如同海上的帆船，但光帆接的不是空氣分子而是光子，利用光子微小的動量來推進。這樣的推進力雖弱，但是宇宙中多得是發光的天體，太空船可以綿延不絕得獲得推力。

最近有一篇研究探討了利用這些自然天體來做為太空船動力的來源，並計算加速至接近光速的可行性，它們對光帆以及更新穎的「電動帆」進行研究。電動帆原理類似光帆，但帆面以隱形的電場取代，接收帶電粒子獲取動量，2013年發射的ESTCube-1便是一顆電動帆衛星。

研究人員以太陽、大質量恆星、超新星(SNe)和活躍星系核(AGN)作為推動帆的光源。這些光源的光度決定了光帆可以達到的最大速度。太陽太過微弱，但是來自大質量恒星的光卻可以將太空船加速到光速的百分之幾，利用SNe和AGN甚至可以接近光速，足以實現星際旅行！


不過太空船加速需要時間，作者也研究了達到光速的5％、10％和20％所需的加速時間，取決於光源的光度。對於SNe來說，儘管光度極大，但爆發維持的時間可能無法提供足夠的加速。相較之下AGN的峰值光度可以維持近億年，幾個月甚至是幾年的加速時間完全不是問題。

[peter]

https://technews.tw/2020/04/12/interstellar-travel-with-sailing-ships/ 

利用「光帆」可能是解決辦法，原理如同海上帆船，但光帆接的不是空氣分子而是光子，利用光子微小的動量來推進。這樣的推進力雖弱，但是宇宙多得是發光天體，太空船可綿延不絕獲得推力。

最近有一篇研究探討利用這些自然天體當成太空船動力的來源，並計算加速至接近光速的可行性，研究光帆及更新穎的「電動帆」。電動帆原理類似光帆，但帆面以隱形電場取代，接收帶電粒子獲取動量，2013 年發射的 ESTCube-1 便是電動帆衛星。

研究人員以太陽、大質量恆星、超新星（SNe）和活躍星系核（AGN）為推動帆的光源。這些光源的光度決定光帆能達到的最大速度。太陽太微弱，但是來自大質量恆星的光卻可將太空船加速到光速的百分之幾，利用 SNe 和 AGN 甚至可接近光速，足以達成星際旅行！


 光度與光帆終端速度關係。（Source：AAS NOVA，下同）


不過太空船加速需要時間，作者也研究達光速 5%、10% 和 20% 所需的加速時間，取決於光源的光度。對 SNe 來說，儘管光度極大，但爆發維持的時間可能無法提供足夠加速。相較之下 AGN 的峰值光度可維持近億年，幾個月甚至幾年加速時間完全不是問題。


 光度與所需加速時間關係


作者也提到這類光帆或電動帆，現階段的工業技術還無法打造，但根據理論可行性及物理學對星際飛船的限制，也許先進的外星文明也會打造這種太空船，如果有，巨大的帆面或許可以被我們發現！