每个人都知道太阳能在地球上是免费的并且几乎是无限的。 这同样适用于在内太阳系运行的航天器。 但在太空中，太阳的作用不仅仅是提供电能；它还可以提供能量。 它们还发出源源不断的太阳风。
太阳帆可以利用这些风并为航天器提供推进力。 美国宇航局即将测试一种新的太阳帆设计，该设计可以使太阳帆更加有效。
太阳压力遍布整个太阳系。 它随着距离的增加而减弱，但它确实存在。 它影响所有航天器，包括卫星。 它极大地影响了长时间的太空飞行。
由于太阳压力，执行火星任务的航天器在旅途中可能会偏离其路径数千公里。 压力还会影响航天器的方向，而航天器的设计目的是处理该方向。
尽管这是一个缺点，但太阳压力可以为我们带来优势。
一些带有太阳帆的航天器已经发射并进行了测试，首先是日本的航天器 伊卡洛斯 2010 年的航天器。伊卡洛斯证明，来自太阳的光子形式的辐射压力可用于控制航天器。
最新的太阳帆航天器是行星协会漫游者 光封2它于 2019 年发射。LightSail 2 是一次持续三年多的成功任务。
太阳帆航天器比其他航天器有一些优势。 他们的推进系统非常轻，并且永远不会耗尽燃料。 带有太阳帆的航天器可以比其他航天器以更低的成本执行任务，并且可以持续更长时间，尽管它们有局限性。
太阳帆概念现已被证明是有效的，但技术需要进步才能真正有效。 航天器太阳帆的一个重要组成部分是它的臂。 吊杆支撑帆材料。 它越轻、越坚固，航天器的效率就越高。
尽管太阳帆比其他航天器轻得多，但吊杆的重量仍然是一个缺点。
“边界屏障往往很重，是金属的，或者是由轻质复合材料制成的，设计笨重——这两种方法都不适合当今的小型航天器。”
Keats Wilkie，美国宇航局 ACS3 首席研究员
美国宇航局即将推出一种具有更好支撑结构的新太阳帆设计。 称呼 先进复合材料太阳帆系统 (ACS3)，它比以前的吊臂设计更硬、更轻。 它由碳纤维和柔性聚合物制成。
尽管太阳帆有很多优点，但它们也有一个严重的缺点。 它们以小包的形式发布，必须在开始工作之前进行部署。 对于可怜的地勤人员来说，这个过程可能充满困难和压力，他们必须等待并观察是否成功。
ACS3将使用NanoAvionics生产的十二颗（12-unit）CubeSat发射。 主要目标是展示吊杆部署，但 ACS3 团队还希望这次任务能够证明他们的太阳帆航天器的工作原理。
为了改变方向，航天器移动其帆。 如果吊杆部署成功，ACS3团队希望对航天器进行一些机动，改变帆的角度并改变航天器的轨道。 目标是建造更大的帆以产生更大的推力。
“希望在这艘航天器上验证的新技术将激励其他人以我们从未想过的方式使用它们。”
Alan Rhodes，NASA 艾姆斯研究中心 ACS3 首席系统工程师
ACS3 吊臂旨在克服吊臂的问题：吊臂要么又重又瘦，要么又轻又笨重。
NASA 的济慈·威尔基 (Keats Wilkie) 表示：“吊杆往往很重，是金属的，或者是由设计笨重的轻质复合材料制成的，这两种方式都不适合当今的小型航天器。” Wilke 是兰利研究中心的 ACS3 首席研究员。
“太阳帆需要非常大、稳定、轻质的吊杆，可以紧凑地向下折叠。这种帆的吊杆是管状的，可以压扁并像卷尺一样卷成小捆，同时具有复合材料的所有优点，例如在温度变化期间减少弯曲和弯曲。”
ACS3 将于 电子 来自新西兰火箭实验室发射场的一枚火箭。 它将进入距地球 1,000 公里（600 英里）的太阳同步轨道。
一旦到达那里，航天器将张开双臂并展开帆。 帆展开大约需要25分钟，蒲团组装面积为80平方米，约合860平方英尺。 这比 LightSail 2 大得多，后者的帆面积为 32 平方米，约合 340 平方英尺。
当它自行展开时，航天器上的摄像机将观察和监控其形状和对称性。 来自演习的数据将输入到未来的帆设计中。
美国宇航局艾姆斯研究中心的该任务首席系统工程师艾伦·罗兹 (Alan Rhodes) 表示：“七米长的可展开吊杆可以根据您的手形进行调整。” “希望在这艘航天器上验证的新技术将激励其他人以我们从未想过的方式使用它们。”
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ACS3 是 NASA 小型航天器技术计划的一部分。 该计划旨在快速部署展示独特能力的小型任务。
凭借其独特的碳纤维复合材料吊杆，ACS3 能够支撑面积达 2,000 平方米（约 21,500 平方英尺）的帆。 这大约相当于一个足球场面积的一半。 （或者正如我们在英国的朋友错误地称之为足球场）。
有了更大的帆，他们可以执行的任务类型就会发生变化。 虽然迄今为止太阳帆只是小型实验模型，但该系统可以为一些严肃的科学任务提供动力。
罗德斯说：“太阳将继续燃烧数十亿年，因此我们拥有无限的推进源。”“我们可以发射更大的帆，使用已经存在的‘燃料’，而不是为未来的任务发射巨大的燃料箱。”可用的。”
“我们将展示一个系统，利用这种丰富的资源在探索和科学领域迈出下一步的巨大步伐。”
太阳帆航天器不具备化学或电力推进系统所具有的瞬时推进力。 但趋势始终如一，永不动摇。
它们可以做其他航天器难以做到的事情，例如采取独特的位置来研究太阳。 它们可以作为日冕物质抛射和太阳风暴的早期预警系统，这些都会带来风险。
新型复合材料吊杆还有其他应用。 由于它们重量轻、坚固且紧凑，因此可以作为月球和火星栖息地的结构框架。
它们还可以用于支持其他结构，例如通信系统。 如果该系统有效，谁知道它还可以服务哪些其他应用程序？
NASA 艾姆斯太阳帆任务项目经理鲁迪·阿奎利纳 (Rudy Aquilina) 表示：“这项技术激发了想象力，重新构想了航行的整个理念，并将其应用于太空旅行。”
“展示太阳帆和轻型复合材料吊杆的功能是利用这项技术激发未来任务的下一步。”
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