激光驱动的光帆如何保持稳定

导读 距离最近的恒星还有很长的路要走,这意味着传统的火箭无法到达那里。燃料需求将使我们的船变得异常沉重。因此,另一种选择是轻装上阵。字面
2024-02-06 10:05:57

距离最近的恒星还有很长的路要走,这意味着传统的火箭无法到达那里。燃料需求将使我们的船变得异常沉重。因此,另一种选择是轻装上阵。字面上地。无需随身携带燃料,只需将小型星际飞船连接到大型反光帆上,然后向其发射强大的激光即可。

光子的脉冲会将星舰推至光速的一小部分。乘着光束,光帆任务可以在几十年内到达比邻星。虽然这个想法很简单,但工程挑战却是巨大的,因为跨越数十年和光年,即使是最小的问题也可能难以解决。

最近的一篇arXiv预印本论文中可以看到这样的一个例子。它着眼于如何平衡激光束上的光帆的问题。尽管激光可以直接瞄准一颗恒星,或者几十年后的目标,但光帆只有在完全平衡的情况下才会跟随光束。

如果帆相对于光束稍微倾斜,反射的激光会给光帆带来轻微的横向推动。无论这种偏差有多小,它都会随着时间的推移而增大,导致其路径永远偏离目标。我们永远无法完美地对齐光帆,因此我们需要某种方法来纠正小偏差。

对于传统火箭,这可以通过内部陀螺仪来稳定火箭,以及可以动态调整推力以恢复平衡的发动机来完成。但陀螺仪系统对于星际光帆来说太重了,而且光束的调整需要数月或数年才能到达光帆,使得快速改变变得不可能。因此,作者建议使用一种称为坡印廷-罗伯逊效应的辐射技巧。

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