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在欧空局测试中 石墨烯显示出作为太阳帆材料的前景

据外媒报道, 欧空局的工程师们正在研究利用世界上已知的最薄的材料来制造更轻、更有效的太阳帆。 通过用石墨烯板制造太阳帆,欧空局的目标是制造出能够推进无人星际任务的太阳帆。

自从20世纪初Konstantin Tsiolkovsky首次提出太阳帆作为航天器的一种推进方式以来,太阳帆就一直被认为是一种可供推进的方式。通过使用太阳光或激光对准巨大的的帆,光子撞击帆的压力可以产生推力,像帆船一样推动飞船前进。这样一个系统的加速度很小,但很稳定。更重要的是,它将需要零推进剂,所以探测器将非常轻。但是,帆本身会增加相当大的质量,降低了系统的效率。

到目前为止,太阳帆已经被用来帮助一些卫星进行姿态控制,也有两次示范飞行任务,但后者使用的是聚酰亚胺和聚酰亚胺制成的聚合物帆。虽然这些材料可以形成极薄的片材,但与原子厚度的石墨烯相比,这些高分子材料让粗麻布看起来就像最好的丝绸。

为了看看石墨烯作为风帆材料是否有希望,研究人员拿了一块3毫米宽的石墨烯片,把它丢进100米高(330英尺)的真空塔内。当它自由落体时,这块小帆被一连串1瓦的激光器击中,使它的加速度高达1m/s²。这只是一个引力的一小部分,但欧空局表示,在太空中,这种加速度最终会形成巨大的速度。

作为欧空局商业孵化器计划的一部分,SCALE纳米技术初创公司目前正在寻找商业合作伙伴,以扩大该系统的规模,并在轨道上进行测试。

石墨烯船帆团队负责人、SCALE Nanotech的负责人Santiago Cartamil-Bueno:“制作石墨烯相对简单,可以很容易扩展到千米宽的帆,尽管部署巨型帆将是一个严峻的挑战。”

无需燃料,也不用火箭作推力的太阳帆,是怎样的?

航天科技是我们的科技前沿,因此能在很多的航天器上看到最新的科技被使用,现如今的发射火箭方式都是通过液体火箭或者是固体火箭提供动力,那么无需燃料,也不用火箭作推力的太阳帆,是怎样的?太阳帆的展开面积非常大,能利用太阳产生的微小光压推动在太空中飞行的航天器前进,让我们来分析分析。

我们人类科技现如今已经到达了较高的水平,火箭的发射能力不断地升级变化,各类的火箭发射方式不断涌现,对于航天首先我们知道太阳帆是以通过非常大的。首先我们知道太阳帆是通过非常大面积的受力薄膜接收到太阳的光压产生推力,这样的动力方式非常适合用于星际旅行,使用太阳帆提供动力的航天器能够在太阳的光压下不断的前进,因此就不需要过多的燃料。

太阳帆的航天器就像在太空中的风筝。太阳产生的光压非常小,因此我们需要航天器展开非常大面积的受力帆,像航海在海面上的帆船一样。但是在几乎没有阻力的太空中受到小小的力也能为航天器提供很理想的动力,受力面越大的太阳帆航天器同理它的动力就越强劲,但是迎面而来的就是材料问题,因此科学家们要在太阳帆的材料上面下足功夫,不仅要使太阳帆的质量够轻受力够均匀,而且还有很好的折叠效果。1960年的美国发射了回声1号卫星,这个航天器它采用的就是太阳帆。

有太阳帆的航天器不仅能够节省很大部分的燃料,而且还能在星际当中利用到太阳的光压产生动力,所以这也是一种非常好的星际探索方式。我相信在不久的将来,会有更多优秀的航天器脱颖而出。

太阳帆飞船在地球轨道上“扬帆”

尽管在科幻电影中,依靠太阳风为动力的太空飞船已经司空见惯,但当23日“光帆2号”飞船真的在地球轨道上展开面积达32平方米的巨大“风帆”时,国际航天界仍是一片赞叹。

科学美国人》网站23日称,美国太空组织“行星学会”宣布,“光帆2号”已经成功张开了太阳帆,成为“地球轨道上第一个完全由太阳风驱动的航天器”。据介绍,“光帆2号”只有面包大小,它于6月25日搭乘美国SpaceX公司的“猎鹰重型”运载火箭升空,在经过近一个月的调试后,终于迈出了关键一步。“行星学会”工作人员描述称,“光帆2号”的4个钴合金支架像卷尺一样向外伸展,带着4面三角形的太阳帆缓缓展开,整个过程花费了约3分钟。这些超薄的太阳帆由聚酯纤维制成,厚度比头发直径还小。

报道称,太阳帆的原理是将太阳光照时,光子对帆面产生的冲击作为动力。“光帆2号”实际接收到的动力很小,“仅相当于地球上一只苍蝇落到手上的力”。但在没有重力和空气阻力的宇宙空间,这些动力会让飞船缓慢但持续的加速。按照“行星学会”的计算,借助太阳帆带来的动力,“光帆2号”运行轨道高度每天可以提升500米。

由于太阳帆飞船只需要光照便可无限制进行星际航行,如果在帆面上增加太阳能电池板,还可以为飞船提供必要的能源。因此太阳帆被认为是未来行星间航行的关键性技术。据介绍,早在17世纪,著名天文学家开普勒就提出过太阳帆飞船的设想。但由于太阳帆的材料和在太空中展开帆的技术难以突破,这些构想一直未能成为现实。

2010年,日本“伊卡洛斯”号太阳帆飞船在飞往金星的途中,率先在距地球约770万公里的太空中,成功展开边长14米的正方形太阳帆。这次“光帆2号”成功后,美国航空航天局也将于2020年在近地小行星探测器上使用太阳帆技术。(武彦)

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太阳能电池帆板和太阳帆的原理构造各是什么

太阳帆还没有变成现实 不存在具体的结构
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。

以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流,而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原 理。太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式(以下表示为a-)两大类,而前者又分为单结晶形和多结晶形。按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形,而化合物半导体薄膜形又分为非 结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)和磷化锌 (Zn 3 p 2 )等。插表列出了各类太阳能电池的分类和用途。

太阳帆
是利用太阳光的光压进行宇宙航行的一种航天器。由于这种推力很小,所以不能为航天器从地面起飞,但在没有空气阻力存在的太空,这种小小的推力仍然能为有足够帆面面积的太阳帆提供 10-5~ 10-3g左右的加速度。如先用火箭把太阳帆送入低轨道,则凭借太阳光压的加速,它可以从低轨道升到高轨道,甚至加速到第二、第三宇宙速度,飞离地球,飞离太阳系。如果帆面直径为300米,可把0.5吨质量的航天器在200多天内送到火星;如果直径大到2000米,可使5吨质量的航天器飞出太阳系。