驭光飞行！太阳帆的材料与设计(4)

图6：控制反射强度从而获得推力和转矩示意图（图源：Optica / 图译：撰稿人 秉正）
六、太空航行的环境影响
在距离太阳0.1 AU，或者大约20倍太阳直径的位置 ，其周围环境与地球情况大为不同。虽然未到达日冕的位置，太阳风会与太阳帆相互作用。在这个距离，太阳帆面对的太空环境会导致其老化等问题。
如图7所示，H和He离子（时速可达100-1000 Km/s），X和γ射线等会导致太阳帆产生气泡，表面溅射，开裂，剥落和分层等情况。而等离子体与纳米光子结构特别是薄膜异质结构的相互作用及其对结构稳定性和光学性能的影响尚不清楚。对其进一步的研究是很迫切的。

图7：太阳等离子体和高能粒子对太阳帆的影响（图源：Optica / 图译：撰稿人 秉正）
七、下一代太阳帆
太阳帆为人类更近距离接近太阳提供了可能。但是作为星际航行的太阳帆仍旧需要克服众多科研难题，才能实现更加先进的驭光飞行。
图8的灵感来源于相邻星际地图，其中列举了为了完成星际航行所需研究的领域，距离圆心越远，代表需要做出的努力越多。

图8：星际太阳帆材料路线图（图源：Optica / 图译：撰稿人 秉正）
例如，调控反射和透射的超材料可以有效地控制太阳帆的姿态以及航行。高温光子材料则使近距离飞近太阳，探测太阳大气和以前所未有的速度推进星际空间变为可能。因此为了进一步推进太阳帆的极限，在材料科学和纳米光子学领域仍旧需要投入大量的精力。
相信在不远的将来，随着相关材料科学和纳米技术的进步，下一代太阳帆可以承担起重要太空探索任务的重任，实现人类在宇宙大航海的梦想。
论文信息：
Artur R. Davoyan, Jeremy N. Munday, Nelson Tabiryan, Grover A. Swartzlander, and Les Johnson, "Photonic materials for interstellar solar sailing," Optica 8, 722-734 (2021)