离星际旅行更近了一步，石墨烯光帆在微重力测试中获得成功
如果我们想去星空旅行 ， 我们必须要有创造力 。 传统火箭的威力还不足以让我们在合理的时间内穿越光年 ， 即使是核火箭也可能不行 。 那么人类该怎么做呢？答案可能是光帆 。
任何太空旅行的挑战都要归结于速度增量 ， 也就是说 ， 相对于地球的速度 ， 你能改变多少速度 。 为了得到速度增量 ， 你需要有某种推力 。 火箭是获得速度增量的好方法 ， 但他们有一个很大的缺点 。 火箭燃料需要随身携带 ， 这意味着你想跑得越快 ， 你需要携带的燃料就越多 。 换句话说 ， 速度增量越大 ， 质量与有效载荷的比值就越大 。
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但你可以用一个有效的火箭来降低这个比率 ， 我们的许多太空探测器都采用了一些技巧 ， 比如航天器的近天体探测飞行的机动 。 但这些都不能让你达到光速的一小部分 ， 而这正是星际飞船所需要的速度 。 所以 ， 如果问题是你需要携带燃料 ， 为什么不彻底摆脱对燃料的需求呢？
这就是光帆发挥作用的地方 。 光帆不是通过从火箭喷嘴中喷出热气来产生推力 ， 而是反射太阳光或来自强大激光的光 。 光的光子没有任何质量 ， 但它们有动量 。 当光子撞击一个表面时 ， 它会给这个表面一个微小的推动 。 这种情况在地球上一直存在 ， 但我们从来没有注意到 ， 因为它的推力非常小 。
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但是我们知道这个想法是可行的 。 2015年 ， 以及2019年 ， 行星协会再次推出了作为概念证明的测试光帆 。 他们表明太阳光可以用来提高一颗小卫星的轨道 。 但是 ， 要使光帆成为现实 ， 还有很长的路要走 。
要想从光线中得到有力的推动 ， 光帆必须是巨大的 。 即使是小型航天器 ， 光帆直径也约为千米 。 使用反光聚酯薄膜等材料 ， 帆的质量会非常大 ， 因此所获得的大部分推力都会浪费在帆上 。 我们需要的是一种非常轻的材料 ， 它的强度仍然足以胜任这项工作 。 幸运的是 ， 我们找到了这种材料 。
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研究小组研究了我们可以使用的最轻的材料之一：石墨烯 。 石墨烯是一个六边形的碳原子片 ， 它非常强大 ， 可以形成一个只有一个原子厚的光帆 。 现在 ， 我们只能制造一小块石墨烯 ， 所以研究小组建造了一个直径只有3毫米、质量不到四分之一克的微型光帆 。 然后 ， 研究小组将他们的小帆放在一个微重力室中 ， 用功率从0.1w到1w的激光照射它 。 结果显示 ， 帆的加速度比仅仅通过散热所能获得的加速度大十倍 。
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光帆确实起作用了 。 这项研究很好地证明了石墨烯帆可以捕捉光的推动 。 下一个更大的挑战是扩大石墨烯帆的尺寸 。 目前 ， 已经制造出了更大尺寸的石墨烯薄片 ， 但是规模还不到一公里 。 星际旅行还有很长的路要走 ， 但我们现在知道在隧道的尽头可能有光 。
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