吴青
美国天文学家卡尔·萨根一直梦想驾乘由太阳光推动的风帆（简称光帆或太阳帆）环游太空，从我们的太阳飞向另一颗恒星。如今，由奈比尔担任首席执行官的美国行星学会，希望运用一颗鞋盒子大小的人造卫星来帮助萨根实现梦想。迄今为止这类太阳帆只测试过几次，但太阳帆有朝一日真的有可能搭载飞船抵达其他行星，甚至抵达其他恒星系统。
2019年6月24日，美国太空x公司的猎鹰号重型火箭从美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射台升空。该火箭的巨大前锥体内除了装着其他24颗人造卫星外，还装着一个鞋盒子大小的装置，它由利用阳光压力的轻飘飘风帆推动自己前进。这艘名叫光帆2号的飞行器，有可能标志着一个太空飞行新纪元的开始。在这一新纪元中，科学家将放弃他们已经依赖了几十年的传统火箭发动机，改为优雅地搭乘阳光之风。在发射大约7天后，光帆2号从火箭前锥体中蹦出，展开直径4米的帆杆，部署4张镜面似的密拉聚酯薄膜，构成总面积32平方米的风筝形风帆。剩下的事就交给纯粹的宇宙魔法。
根據行星学会的介绍，光帆2号是第一艘在地球轨道中完全依靠光来推动的飞行器。光帆2号将像帆船一样抢风航行以提升自己的高度，这将让光帆2号成为第一艘进入环绕地球的更高轨道的飞行器。这一太空飞行业绩有可能是朝着萨根的梦想——乘着由光柱驱动的反射帆穿行宇宙——迈出的又一大步。400年前提出梦想
如果你把自己的手掌伸出面向太阳方向，你会有什么感觉？手掌发热。但是，还有一种压力隐藏在太阳光热中。这种压力很小，以至于你永远感知不到它。光本身确实会施加一种力量，就像微风，但风力很小，所以你注意不到。在地球上，太阳光的压力差不多只相当于一张纸放在你手心的压力感。但在接近真空的太空，就算很小的压力也会产生大影响，因为这种压力时时刻刻、日复一日地在施加推动作用。与火箭燃料不同，太阳光在太空中可以说是几乎无限和免费的供应。要想在太空利用这种能源，太阳帆非常合适。就像过去的航海者利用风，未来飞行器（甚至太空旅行者）可以在太阳光帮助下推动自己穿越广袤的宇宙空间。至少，萨根是这么想象的。萨根对未来太空探索有一大展望——他想象太空旅行者投身星系际划船赛，运用星光作动力驱动飞船穿行宇宙。然而，萨根并不是设想人类驾乘光线来航行的第一人。
400年前，一颗划过地球天空的彗星引起了德国天文学家开普勒的注意。他观察到这颗彗星的彗尾看来拖曳在彗星本身的背后。开普勒想，一定是太阳光在加热彗星，从而释放彗星表面物质。这一精准观测激励开普勒进一步想到：阳光可以被作为一种有用的推动方式。他在1608年写给意大利天文学家伽利略的信中说：“如果船帆适应了苍穹中的微风，那么就会有人敢于挑战进入宇宙空间。”
开普勒生活在一个科学复兴时代，当时人类开始意识到自己在宇宙中的位置。地球并不是太阳系的中心，而只是围绕众多恒星中的一颗一太阳转的许多行星之一。因为在开普勒时代船是一种主要交通工具，而船由风推动，所以开普勒很自然地联想到人们可能会以与水手航海一样的方式扬帆太空。但直到1865年，开普勒的梦想才被证实并非完全是幻想。这一年，德国物理学家麦克斯韦证明光线中包含被称为光子的能量包，光子所具有的动能可以被传导给其他物体。如果光子接触一个诸如闪亮太阳帆这样的物体，光子就会传递自己的一部分能量给太阳帆（光帆），并推动太阳帆前行。
随着第二次世界大战后火箭科学的发展，也随着苏联人造卫星的发射，探索太空的理念从科幻小说迅速变成现实，太阳风帆也再度呈现为一种诱人的驱动方式。美国宇航局在成立后不久，就开始策划一系列雄心勃勃的太空任务，包括资助多项有关太阳帆的研究。20世纪70年代，美国宇航局出台了一个让飞行器与一颗彗星会合的计划，而这颗彗星正是开普勒在几百年前目击的那颗彗星。这艘飞船计划装备太阳帆，运用太阳能来航行。不幸的是，该计划还未等到发射阶段就被取消，但太阳帆的理念并未随之消亡。
太空扬帆技术可行当时参与这一太阳帆计划的美国宇航局科学家弗里曼，至今确信太阳帆是一种可行的推动方式。他与萨根以及美国宇航局喷气推进实验室前主任穆雷在1980年联合组建了行星学会，其主要目的就是把太阳帆变成现实。
要想造出一部巨大而又超轻的太阳帆，之后又要以可承担的发射成本把它发射到太空，这真的是一大挑战。但行星学会的高层决心己定，他们在2005年终于进行了第一次太阳帆发射，这部太阳帆就是宇宙1号飞行器。不幸的是，宇宙1号未能进入轨道，而是坠毁于俄罗斯附近的巴伦支海。又过了10年，行星学会终于实现第一次成功的太阳帆测试。
在2005年的失败后，行星学会回到起点，决定缩小计划规模再次尝试。只有鞋盒子大小的立方体卫星设计方案成功出炉，替代传统的庞大太阳帆。奈比尔说，立方体卫星的出现实际上引领了现在的方形太阳帆设计。光帆1号是宇宙1号的缩小版。2015年，光帆1号搭乘宇宙神5号火箭，与美国空军秘密的X-37B空天飞机一起进入轨道。一进入轨道，光帆1号就证明自己能够在太空真空中成功部署光帆。但这颗小小的人造卫星在任务过程中面临一系列故障，包括软件出错、信号丢失和电池失灵。在低地球轨道中经历了一连串动荡后，光帆1号终于展开了4张闪亮的密拉风帆，证明整张光帆可以被塞在一個小包中。
尽管遭遇了一连串挫折，光帆1号作为对太阳帆技术可行性的证明还是成功的。或许是为了证明自己能行，它发回了自己的最后自拍照。同时，它也让人们仰望天空，试图看见正在地球上空高飞的它。在光污染很严重的美国纽约市夜空，奈比尔还真的看见了在夜空中闪烁的光帆1号。这对行星学会来说自然是一个巨大成就，这个非营利组织的目的是帮助发展太空科学和促进太空探索。事实上，太空探索无国界，世界各地都不乏太空迷。如今已有超过4万人成为行星学会成员，其中每人都捐款l～i00万美元支持太阳帆研发，他们都为自己能有机会帮助新的太空推进技术——太阳帆研发感到自豪。
太窄光帆多次尝试多年来，在行星学会建造自己的太阳帆的同时，全球各地的其他类似组织或机构也在研发太阳帆。2015年，由英国著名航天研究机构——萨里太空中心研发的立方帆号太阳帆成功发射升空，但未能完全按要求展开。其他3个小型太阳帆任务——美国宇航局的纳米D太阳帆、加拿大的加X-7太阳帆和萨里中心的膨胀太阳帆也取得了部分成功，但它们都像光帆1号那样只进入了低地球轨道。
迄今为止，日本在太阳帆研发方面取得的成果最多。2010年，日本的“行星际太阳辐射加速风筝船”（简称伊卡洛斯号）升空进入环绕太阳的轨道。一进入深空，伊卡洛斯号就旋转打开了直径14米的方形太阳帆，创下历史上这方面第一个纪录，并开始运用太阳光能掌握方向和变速。伊卡洛斯号的风筝形太阳帆上嵌有太阳能电池来发电，但这些电池的发电量不大，发电目的是作为试验台测试未来的离子推动发动机。
发射后的3年中，伊卡洛斯号经常测量自己被光压加速的情况。它还测试了运用镶嵌在太阳帆中的液晶来控制移动的多种方法。这些液晶能调整太阳帆的反射性和改变太阳帆的速度。流过太阳帆的电流会增加太阳帆的反射性，让太阳帆向前加速，而关闭电流则让光压更分散。
日本太空署科学家此前曾表示，伊卡洛斯号在该任务于2015年的计划结束期之前能调整自己的航道和定向。虽然地面控制中心后来与伊卡洛斯号失去联系，但跟踪表明它依然在地球和金星之间环绕太阳运行。因为光压改变，伊卡洛斯号的轨道形状也持续改变。尽管伊卡洛斯号成就斐然，但它的数据却表明在充分实现太阳帆的潜能之前科学家依然有很长的路要走。
行星学会希望，如果一切都像计划的那样顺利，光帆2号将把太阳帆转变成一种低成本、零推进剂且可靠的太空飞行方法。由此昭示的可能性几乎无限。利用太阳帆，未来飞船可以到月球，到小行星，到木星，到任何有太阳光之风吹拂的地方，而且根本不用耗费任何燃料。
（责任编辑程辉）
