太阳帆推力计算，太阳帆版是什么，工作原理是什么？？

太阳帆 定义：

太阳帆（英文名：Solar sails）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，所以航天器不能从地面起飞，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 10e－5～ 10e－3g左右的加速度。

太阳帆的工作原理：

光是由没有静态质量但有动量的光子构成的，当光子撞击到光滑的平面上时，可以像从墙上反弹回来的乒乓球一样改变运动方向，并给撞击物体以相应的作用力。单个光子所产生的推力极其微小，在地球到太阳的距离上，光在一平方米帆面上产生的推力只有0.9达因，还不到一只蚂蚁的重量。

如果太阳帆的直径增至300米，其面积则为70686平方米，由光压获得的推力为0.034吨。根据理论计算，这一推力可使重约0.5吨的航天器在二百多天内飞抵火星。若太阳帆的直径增至2000米，它获得的1.5吨的推力就能把重约5吨的航天器送到太阳系以外。

由于来自太阳的光线提供了无穷尽的能源，携有大型太阳帆的航天器最终可以以每小时24万公里的速度前进。这个速度要比当今以火箭推进的最快航天器快4—6倍。即比第二宇宙速度快6倍，比第三宇宙速度快4倍。太阳帆接受光压的作用，它不仅可在需要时改变航天器的运行轨道，而且能不断加速飞行。

在炎炎的夏日下也感觉不到任何阳光的压力，是因为它实在微小，一平方公里面积上的阳光压力总共才9牛顿。但太空中运行的航天器处于失重状态，又无空气阻力，所以轻微的推力（太阳光的压力）就可以让它加速，太阳帆靠的就是它的光帆——非常轻而薄的聚酯薄膜，它们坚硬异常，表面上涂满了反射物质，使得它的反光性极佳，当太阳光照射到帆板上后，帆板将反射出光子，而光子也会对光帆产生反作用力，推动飞船前行。因此，光帆的直径越大，获得的推力也越大，速度也将越快，改变帆板与太阳的倾角可以对速度进行调整。

阳光是不会枯竭，同火箭和航天飞机迅速消耗完的燃料相比，太阳光是无限的动力之源，只要有阳光存在的地方，它会始终推动飞船前进，光帆将以每秒约1毫米的速度加速移动。如果把它当作真正的宇宙飞行器使用，那么它在展开光帆1天后，按理论计算，它的时速将增加160公里，100天后飞船的时速将增加16000公里，如果它能持续飞行3年，速度会被提升到每小时16万公里，这是人类任何飞行器都没有达到过的速度，相当于人类的宇宙探测先驱“旅行者”号探测器飞行速度的3倍。如果用它来探测冥王星的话，可以在不到5年的时间里达到，而最快的传统飞船至少需要9年，美国宇航局使用普通飞船探测冥王星的“地平线计划”预期需要的时间却是十多年。

太阳帆版应用方面：

主要应用于卫星、轨道修正、星际飞行等。

局限性方面：

如果轨道高度低于800km，太阳帆基本就没有用武之地了，因为此时大气阻力的影响比光压要大许多。只有当轨道高度大于这个限度时，太阳帆才能在光压的推动之下产生一个非常微小的加速度，通过数月的累积达到足够的速度。太阳帆通常要做得很大，而载荷相比之下就非常小了。直到现在，太阳帆的展开依旧是一个不小的难题。

光帆飞行器已经实验证实了，只是推力小的可怜，无法替代化学燃料推进器，换用激光束推进可以获得更大推力，但需要建设一个规模不小的激光矩阵，耗资大。

光在撞到物体时会产生很微弱的推力，利用这种原理制造光帆飞行器就可以利用光推动，在太阳系较内侧的地方光照还算比较强，利用太阳光就可以对可以对探测器进行持续的加速，但也由于推力有限，目前只能实现体积质量较小的飞行器。日本2010年发射了光帆推动的卫星，但可以看到体积还比较小，能够携带的设备很有限，探测范围也就很有限。

“突破射星计划”是比较出名的，是霍金站台和一些科学家和富豪商讨搞的探测项目，具体实施了没还不大清楚，但这个计划的目的是制造一个体积不到一立方厘米的微型探测器，同时建设一个激光矩阵，先把探测器发射到地球轨道，然后再用激光矩阵加速到光速10%左右，这样可以几十年内到达4.2光年外的半人马α三星。但“悟空他要吃我，还只是一个计划”。

根据计算，光在一平方米帆面上产生的推力只有0.9达因，还不到一只蚂蚁的重量。因此，为了最大限度地从阳光中获得加速度，太阳帆必须建得很大很轻，而且表面要十分光滑平整。但是光帆有一个非常大的好处，就是光帆产生的推力是源源不断的——只要光帆张开了，宇宙飞船就可以一直加速（因为宇宙中几乎没有阻力，所以无论这个推力有多么小，飞船都可以缓慢地加速），在长时间的加速之后，通过光帆推进的飞船甚至于可以达到每小时24万公里，这个速度足够宇宙飞船以高速飞出太阳系了。

在短时间内光帆推进器难以实用，时间太久可控核聚变又出来了，那个时候还需要光帆吗？还有离子推进器呢。只有在实验中获得无与伦比的优势，未来才会被大范围应用。

著名天文学家开普勒在400年前就曾设想不携带任何能源，仅仅依靠太阳光能就可使宇宙飞船驰骋太空。但“太阳帆飞船”这一概念到20世纪20年代才明晰起来。1924年，俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和其同事弗里德里希·灿德尔明确提出了“用照射到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度”。正是灿德尔首先提出了太阳帆———这种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想，成为今天建造太阳帆的基础。

光是由没有静态质量但有动量的光子构成的，当光子撞击到光滑的平面上时，可以像从墙上反弹回来的乒乓球一样改变运动方向，并给撞击物体以相应的作用力。在地球到太阳的距离上，光在一平方米帆面上产生的推力还不到一只蚂蚁的重量。因此，为了最大限度地从阳光中获得加速度，太阳帆必须建得很大很轻，而且表面要十分光滑平整。“宇宙1号”的太阳帆面积为530.9平方米，由光压获得的推力仅为255克。如果太阳帆的直径增至300米，其面积则为70686平方米，由光压获得的推力为0.034吨。根据理论计算，这一推力可使重约0.5吨的航天器在200多天内飞抵火星。若太阳帆的直径增至2000米，它获得的1.5吨的推力就能把重约5吨的航天器送到太阳系以外。
由于来自太阳的光线提供了无穷尽的能源，携有大型太阳帆的航天器最终可以每小时24万公里的速度前进。这个速度要比当今以火箭推进的航天器快4～6倍。
理解这一点并不难。因为在太空中运行的航天器处于失重状态，又无空气阻力，只要加少许力的作用，就会改变运动方向和速度。比如，发射静止轨道卫星时，卫星先进入大椭圆地球转移轨道，待其运行到赤道上空3.6万公里的最大高度时，遥控指令激活卫星上远地点发动机工作，后者产生的推力仅为几十千克，却能使几吨重的卫星移入静止轨道并到达预定位置。原因就是这后加的推力使卫星产生新的速度，与原来的运动速度合成之后形成的最终速度为每秒3.075公里。太阳帆接受光压的作用，不仅可在需要时改变航天器的运行轨道，而且能不断加速飞行。

为了最大限度地从阳光中获得加速度，太阳帆必须造得很大很轻，而且表面要光滑如镜，以便将阳光尽可能全部反射出去，增大飞船的推力。根据理论计算，如果帆的面积为60万m2，可获得的速度增量是1mm/s，1天后太阳帆的速度就可达到310km/h，12天后达到3 700km/h，100天后达到1.6万km/h，1年后便可加速到5.8万km/h。按照这样的速度，飞船不出5年就能到达冥王星。而美国目前航行速度最快的“新地平线号”飞船，需要9年多时间才能到达那里。1977年发射的“旅行者号”飞船花了27年时间才飞到太阳系的边缘处，而太阳帆飞船不出10年便会赶上它。

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。