这种新型太阳帆可以让 NASA 更容易地观察太阳

长期以来，太阳能一直被世界各地视为飞行器的能源来源——如今，NASA 距离利用太阳能探索宇宙又近了一步。衍射太阳帆项目由马里兰州劳雷尔市约翰霍普金斯大学应用物理实验室的 Amber Dubill 领导，该项目将使探测器和卫星等航天器仅利用阳光就能航行很长的距离。这种类型的光帆将是同类产品中的首例。

该项目被选为 NASA 创新先进概念 (NIAC) 计划的第三阶段也是最后一阶段，该计划旨在开发有前景的科学、政府和商业用途创意。该团队将获得 200 万美元，以支持额外两年的开发，以在潜在任务之前展示其技术的有效性。这是该计划自 2012 年启动以来第五个进入第三阶段的项目。

太阳帆利用阳光的压力在太空中前进——很像风力推动的帆船——无需火箭和燃料来推动飞船前进。但邓巴团队发明的衍射光帆比传统的反射光帆设计更进一步。反射光帆需要收集和改变太阳光线，这意味着它们必须涂上一层类似金属的薄膜，并且必须始终面向太阳。这种依赖性限制了航行，因为需要在能量捕获和易操纵性之间不断权衡。此外，反射帆的设计使其又大又薄，而且不稳定。稳定和调整帆向方向的必要设备最终会减慢航天器的速度。

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衍射帆则有所不同。当光线通过狭窄的开口衍射而不是在宽阔的平面上反射时，它会向不同的方向扩散。在衍射帆上，研究小组利用光的这种特性，使用嵌入表面的小光栅，即使帆的角度不太理想或没有直接面向太阳，也可以将光散射到需要的地方。这反过来又使航天器能够更灵活、更高效地导航。有了这种设计，太阳帆可以更小、耗能更少、运行成本更低——所有这些都不会牺牲功率。

Dubill 将这一概念比作实际的船帆。如果你试图用相当于反光帆的东西迎风航行，你就必须前后移动它才能朝着预定的方向航行。如果你有更像衍射帆的东西，你可以利用风力将你吹向前，同时直接冲向风。

“[这种设计] 是新颖的部分。它效率更高，并解决了以前的光帆问题，”杜比尔说，并补充说，在他们进行的一项小型研究中，该团队发现用衍射光帆取代反射光帆的技术努力“非常值得”，并且“收益远远超过成本”。

在杜比尔的指导下，该团队将改进太阳射线收集器的金属材料，并在第三阶段进行地面测试。她说，他们正在为最终将一组载有科学仪器的轻型衍射光帆送入太阳两极轨道奠定基础。虽然美国宇航局和欧洲太阳局的太阳轨道器最近拍摄了太阳的高分辨率图像，但从未拍摄过太阳两极的直接图像。

“我们对太阳的了解还不够多。这项技术可以在监测太阳天气的复杂性方面发挥重要作用，”杜比尔说。“[我们的团队] 已经为这个项目工作了很长时间；很高兴看到它在未来的飞行任务中拥有这样的机会。”