太空冲浪？NASA 支持的太阳帆将把科学推向新的高度

提高光线利用率

NASA 选择了一个迷人的新项目进行进一步开发，该项目被称为衍射太阳帆[1]（ Diffractive Solar Sail ）。通过在光线照射到帆上之前对其进行弯曲，这个装置可以比传统的推进技术更有效地推动航天器。

太阳帆概念图

该项目被选为 NASA 创新先进概念（ NASA Innovative Advanced Concepts, NIAC ）项目的第三阶段研究。第三阶段旨在对 NIAC 概念进行战略转型，为 NASA 、其他政府机构或商业合作伙伴带来最大的潜在影响。

“随着我们比以往任何时候都更深入地探索宇宙，我们将需要创新的尖端技术来推动我们的任务。”  NASA 局长比尔·纳尔逊说。“  NASA 创新先进概念计划有助于释放远见卓识的想法，如新颖的太阳帆，并使其更接近现实。”

It’s science, not science fiction

就像帆船利用风横渡海洋一样，太阳帆利用阳光施加的压力推动飞船在太空中飞行。现有的反射式太阳帆设计通常非常大，非常薄，并且受到阳光方向的限制，迫使其在动力和导航之间进行权衡。衍射光帆将使用嵌入薄膜中的小光栅来利用光的衍射特性（当光通过狭窄的开口时，衍射特性导致光发散）。这将使航天器在不牺牲机动性的情况下更有效地利用阳光。

“探索宇宙意味着我们需要新的仪器、新的想法和新的出行方式。”华盛顿 NASA 总部 NASA 空间技术任务理事会（ STMD ）副局长吉姆·勒特说。“我们的目标是在这些技术的整个生命周期中进行投资，以支持强大的创新生态系统。”

新的第三阶段奖励将在两年内为研究团队提供200万美元，用于继续技术开发，为潜在的未来示范任务做准备。该项目由位于马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的安珀·杜比尔领导。

“ NIAC 使我们能够在航空航天领域培养一些最具创意的技术概念。” NASA 总部 NIAC 项目代理项目执行官迈克·拉波特表示。“我们的目标是改变这种可能性，而衍射太阳航行计划有望在一系列激动人心的新任务应用中做到这一点。”

衍射光航行将使太阳帆的能力超出目前正在开发的任务所能实现的范围。该项目由位于马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的安珀·杜比尔领导。这一概念的可行性之前曾在纽约罗切斯特理工学院的格罗弗·斯沃茨兰德博士领导的 NIAC 第一阶段和第二阶段奖项下进行过研究，他继续担任该项目的联合研究员。莱斯·约翰逊在阿拉巴马州亨茨维尔的 NASA 马歇尔太空飞行中心负责两项即将开始的太阳帆任务，也是一名联合调查员。在早期的奖项下，该团队设计、制造并测试了不同类型的衍射帆材料；进行实验；并为绕太阳两极运行的绕射光帆任务设计了新的导航和控制方案。

进一步优化

第三阶段的工作将优化帆材料并进行地面测试，以支持这一概念性太阳任务。使用传统的航天器推进器很难实现经过太阳北极和南极的轨道。由恒定的阳光压力推动的轻型衍射光帆可以将科学航天器置于太阳两极周围的轨道上，以促进我们对太阳的了解并提高我们的太空天气预报能力。

“衍射太阳航行是对几十年前的光帆愿景的现代诠释。虽然这项技术可以改进多种任务架构，但它有望极大地影响太阳物理学界对独特太阳观测能力的需求。”杜比尔说。 “凭借我们团队在光学、航空航天、传统太阳航行和超材料方面的综合专业知识，我们希望让科学家能够以前所未有的方式看到太阳。”

NIAC 通过多个渐进的研究阶段支持有远见的研究想法。2022年2月， NASA 宣布了17项第一阶段和第二阶段的方案选择。 NIAC 由 NASA 的 STMD 资助， STMD 负责开发该机构实现其当前和未来任务所需的新的跨领域技术和能力。

参考来源：

[1]太阳帆 – 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

[2]NASA-Supported Solar Sail Could Take Science to New Heights | NASA