太阳帆：在太空中驭光而行不是梦

原创：中国航天报

近日，美国行星学会宣布，他们在6月发射的光帆2号小卫星已经成功验证了利用太阳帆来改变轨道的能力。在不用燃料的情况下，“光帆2号”依靠其在轨道上展开的32平方米的太阳帆，在4天的时间里将轨道远地点升高了1.7公里。“光帆2号"是如何做到驭光而行的?
它从诞生到成功经历了怎样的坎?
目前太阳帆还有哪些问题亟待解决?

光帆2号小卫星自拍在预定轨道上展开的聚酯薄膜太阳帆乘光前行的原理
大家经常可以在海面上看到帆船，对于帆船航行的原理，大家一定不陌生。那就是利用海风吹拂在船帆上生成的气压，获得帆船前进的动力。通过控制风帆的旋转角度，帆船甚至可以逆风而行。
太阳帆所运用的原理也与帆船航行的原理类似。太阳也有风，即从太阳外层大气不断发射出来的稳定离子流，但太阳帆利用的并不是太阳风，而是推动力比太阳风还要大1000多倍的太阳光。
光是由光子构成，当光子撞击到光滑的平面时，可以像从墙上反弹回来的乒乓球一样改变运动方向，并给撞击物体以相应的作用力。我们之所以感觉不到任何阳光的压力，那是因为它实在太过微小。在地球到太阳的距离上，太阳光在1平方公里面积的帆面上所产生的推力只有9牛顿。
关于光有压力的探索可以一直追溯到1619年，当时著名天文学家开普勒就猜测彗星的尾巴之所以背向太阳，是因为存在一种太阳风将其吹开。现在知道导致彗尾背向太阳的原因主要是阳光的压力，所以开普勒的猜想可以作为第一个牵涉到光压领域的论述。
然而，太阳帆这一概念直到上世纪20年代才明晰起来。1924年，航天先驱齐奥尔科夫斯基和同事灿德尔明确提出用照在很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力能够获得宇宙速度的论断。正是灿德尔提出的太阳帆概念，成为了今天建造太阳帆的基础。
由于太阳光压产生的推力很小，所以基于太阳帆的航天器不能从地面起飞。太空中运行的航天器处于失重状态，再加上没有空气阻力，所以轻微的太阳光压就可以让它加速，使得太阳帆不需要携带燃料就可以推动航天器不断加速。