· 反光物体(如镜子)反射光子时,会获得两倍于光子入射动量的反冲动量(光子被反向反射,动量变化加倍);
· 若光子被偏转一定角度,太阳帆和偏转后的光子会向不同方向运动,动量守恒依然成立。
利用这一原理,太阳帆可以 “借助” 太阳光前进。
但太阳帆存在一个显著弱点:需要制造巨大且轻薄的帆面,才能反射足够的太阳光来推动相对较小的航天器。即便使用超薄材料制造帆面,它仍面临诸多风险:
· 易受微陨石撞击;
· 会被太空尘埃和辐射侵蚀;
· 若帆面过大,还会成为航行中的潜在危险(如与其他天体碰撞)。
此外,太阳光的强度遵循 “平方反比定律”—— 距离太阳越远,光强越弱。例如,太阳帆在冥王星轨道接收到的光强,仅为其在水星轨道时的数千分之一。
为应对这些限制,人们提出了多种改进方案:
· 激光帆:本质上是一种 “由激光聚焦照射的太阳帆”,可通过人工激光提供持续推力;
· 电动 / 磁太阳风帆:利用电离太阳风粒子或物质束来推动帆面,而非依赖太阳光。
此外,太阳帆还可用于维持航天器的 “静止轨道” 或非常规轨道,例如静态卫星(Statite)的应用。
加粗 - 比冲
比冲与排气速度是衡量火箭燃料、推进剂或航天器推进系统性能的 “孪生指标”:
· 排气速度:衡量推进剂粒子从火箭喷管或推进器喷出的速度;
· 比冲(简称 ISP):衡量发动机产生推力的效率,通常定义为 “发动机在 1 倍地球重力加速度(1g)下能够持续产生推力的时间”—— 即发动机能使火箭在地球重力场中悬停(既不上升也不下降)的秒数。
大多数现代火箭燃料的比冲在数百秒量级。需要注意的是:
· 某些比冲较低的燃料在特定场景下可能更有用;
· 比冲会受环境影响(如在大气层内或太空中使用,比冲会有所不同)。
因此,我们通常会使用比冲较低的助推器来实现地面起飞 —— 这类助推器虽然效率不高,但能提供更大的推力。
比冲与排气速度之间存在明确的数学关系:
· 推进剂的排气速度除以地球重力加速度(32 英尺 / 秒 ?? 或 9