驭光飞行！太阳帆的材料与设计(3)

图4：太阳帆受力图，FG为引力，将太阳帆拉向太阳，FP为太阳辐射压力，将太阳帆推离太阳 (图源：Optica / 图译：撰稿人 秉正)
四、材料和结构设计面临的挑战
当距离太阳0.1 AU（约为20个太阳半径）时，太阳帆所承受的太阳辐射是在地球上的100倍。这虽然保证了较高的巡航速度，但是一不小心就会导致材料的热损坏。而辐射冷却作为唯一的温度调节机制，用来平衡入射和其他辐射产生的热量。平衡如图5所示。

图5：太阳帆能量平衡示意图(图源：Optica)
因此在材料的设计和选择过程中，低吸收率，高反射率变得尤重要。布拉格镜子，超表面，光子晶体等方式相对于传统的太阳帆材料可以获得更薄，更轻的反射体。
五. 对帆的主动调控
除了重量轻和高反射率的需求之外，控制阳光散射的方向和强度也尤为重要，其可以用来调控太阳帆的姿态。目前是采用笨重且复杂的机械系统调控辐射压力和相关的动力。
可调控光的相位和强度的材料目前是一研究热点。液晶和光栅等可以改变入射光的方向，从而改变光的传播方向，继而改变光的动量。帆为了互补从而获得了动量。因此，对反射或折射的任意控制可以实现有效的动量传递和对帆的任意控制，不仅允许向前推进，还可以提高和降低帆的轨道。
如图6所示，薄膜控制局部反射强度，获得所需的辐射压力分布从而控制推力和扭矩。