美研发革命性“太阳风推进”技术：10年可飞抵太阳系边缘

　美国宇航局的工程师们已经开始测试新型空间推进系统，这一系统将利用太阳释放出的大量粒子产生的推力，实现史无前例的加速，一旦成功，它将有望将人类的探索范围拓展至恒星际空间

相反，"静电风帆"将借助太阳风抵达日球层顶，那里可以被视作是太阳系的边界 　　 北京时间4月30日消息，美国宇航局(NASA)的工程师们已经开始测试新型空间推进系统，一旦成功，它将有望将人类的探索范围拓展至恒星际空间。

　　这一系统将利用太阳释放出的大量粒子产生的推力，实现史无前例的加速。

研究人员们指出，采用这种推进方式的新型飞船将能够在短短10年内飞抵日球层顶，而采用1970年代技术发射的旅行者号飞船完成这一路程则整整耗费了35年的时间。

日球层顶(heliopause)是太阳风作用逐渐终止，空间环境逐渐向恒星际空间过渡的边界层。

　　这一新型推进概念被称作"日球层顶静电快速推进系统"(HERTS)，或者直接称为"静电风帆"(E-Sail)，其推进不需要任何内部安装的推进系统。

相反，"静电风帆"将借助太阳风抵达日球层顶，那里可以被视作是太阳系的边界。

　　一艘缓慢自转的飞船可以释放10~20根带电铝制导线，形成一个巨大的"静电风帆"。

每条这样的导线厚度仅有一毫米，但长度达到12.5英里(约合20公里)，几乎和219个足球场相当。

　　这款"静电风帆"能够排斥通过的带电荷的质子流，从而产生推力。

HERTS"静电风帆"项目的首席科学家，美国宇航局马歇尔空间飞行中心先进概念办公室的布鲁斯·魏格曼(Bruce Wiegmann)表示："太阳每时每刻都在以极高的速度释放出大量质子和电子，速度可以达到每秒400~750公里。

而静电风帆正是利用这股粒子流实现推进。

" 　　一艘缓慢自转的飞船可以释放10~20根带电铝制导线，形成一个巨大的"静电风帆"。

每条这样的导线厚度仅有一毫米，但长度达到12.5英里(约合20公里)，几乎和219个足球场相当 　　在受控等离子体腔室内进行测试工作，"日球层顶静电快速推进系统"(HERTS)将测试在带正电荷的导线作用下质子和电子被吸引和排斥的效率。

工程师们还将开展等离子体测试，并改进未来进一步开发静电风帆所需要模型数据 　　目前，位于亚拉巴马州的美国宇航局马歇尔空间飞行中心已经开始了相关技术实验，预计这一研究项目将持续至少两年时间。

在这次实验期间，工程师们将会确定静电风帆在飞行过程中能够排斥开的质子数量以及能够被吸引的电子数量。

工程师们还将开展等离子体测试，并改进未来进一步开发静电风帆所需要模型数据。

　　关于静电风帆推进的最初设想来自芬兰气象研究所(FMI)的裴卡·詹能博士(Dr Pekka Janhunen)，但研究人员表示想要真正将这一设想变为现实仍然有大量的工作需要去做，目前这项技术距离真正实现应用至少还有10年以上的差距。

　　随着飞船逐渐远离太阳，这款风帆的有效作用面积还会进一步增加，在距离太阳一个天文单位(即地球到太阳的平均距离)处，这款风帆的有效作用面积大约是232平方英里(约合600.87平方公里)，但在距离5个天文单位处，其有效面积将增大到大约463平方英里(约合1199.2平方公里)。

　　在一般情况下，太阳光子流的能量随着和太阳之间的距离增加，其能量会减弱，因此一般认为采用太阳光压推进技术的飞船到了太阳系的小行星带范围外侧开始就将很难获得足够的推力继续向外飞行了。

　　但是静电风帆利用的是太阳风粒子流(质子和电子)，因此情况完全不同，在小行星带范围外侧，静电风帆将能够继续向前飞行。

魏格曼表示："我们不必有此担心，伴随稳定的质子流和不断扩大的有效推进面积，甚至在距离太阳远达16~20天文单位的位置上，我们的飞船仍然将能够获得足够的推力而维持飞行，这已经比采用光压技术的太阳帆飞船的飞行距离至少超出3倍以上。

这样漫长的加速过程将产生极高的速度。

" 　　当美国宇航局的旅行者-1号飞船在2012年确认跨越日球层顶的时候，这艘飞船在太空里已经飞行了整整35年之久。

而采用这种新型推进技术的未来飞船达成这一目标预计将只需要大约1/3的时间。

魏格曼表示："我们的研究显示，采用静电风帆技术推进的飞船将能够在不到10年的时间里抵达日球层顶。

这将对此类飞船的科学回报效率产生革命性的影响。

" 　　尽管这项技术的设计初衷是为了让飞船跨越日球层顶，但研究人员们表示其对于太阳系内部的探索同样意义重大。

　　魏格曼表示："随着研究组深入考察这一技术概念，事情已经逐渐变得清晰，那就是这项技术设计是具有灵活性和可调整性的。

未来的任务设计者们可以通过调节导线长度、导线数量以及电压高低来适应不同的任务目的——或许是内太阳系探索、外太阳系探索或者是飞往日球层顶区域。

静电风帆技术的应用范围广阔。

"

太阳系到底有多大？人类其实连家门都没走出去过！

你以为飞过海王星，就算走出了太阳系？人类飞得最远的探测器，已经在太空里赶了几十年的路，可放到太阳系真正的尺度上，它可能连家门口都还没走完。

我们平时看到的太阳系图片，太阳旁边整整齐齐排着几颗行星，看起来像一家人合影。

但真实的太阳系，最让人震撼的，是这些世界之间，漫长得难以想象的空白。

先从脚下的地球出发。

它的直径大约一万两千七百公里，站在地面上，公路通向天边，大海横在眼前，山峰钻进云里。

可镜头不断拉远，城市消失了，大陆缩小了，最后，我们的一生，就装在黑暗里这颗蓝色的小球上。

再看月亮。

它好像就挂在地球旁边，伸手就能够到。

但两者平均相隔三十八万四千四百公里，按地球直径来算，这个距离差不多能排下三十个地球。

假设有一架不用加油、还能在太空飞行的客机，每小时前进九百公里，去月球也得飞将近十八天。

光跑完这段路，却只需要一点三秒。

月球没有风雨，也没有我们能呼吸的空气。

宇航员留下的脚印，可能保存很久很久。

但这场人类曾经无比骄傲的远行，放到太阳系里，不过是从家里迈出了一小步。

从太空回望地球，保护我们的那层空气，只像边缘一道淡淡的蓝光。

所有森林、海洋、城市，以及曾经生活过的人，都依靠这层薄薄的大气。

我们习惯了它，直到离开地面，才发现自己的世界有多小。

接下来，去看看太阳。

地球距离它大约一点五亿公里。

刚才那架客机，就算一路不停，也要飞十九年。

阳光只需要八分二十秒，所以你此刻看到的太阳，其实是八分多钟以前的样子。

太阳直径接近一百四十万公里，按体积计算，能装下大约一百三十万个地球。

整个太阳系百分之九十九点八的质量，都集中在它身上。

行星、卫星、小行星，连同我们，只分到了剩下的那一点点。

它也没有可以站立的地面。

炽热的等离子体翻涌，磁场把带电物质抛向太空。

这些物质来到地球附近，能点亮极光，也可能干扰卫星和电力系统。

给我们生命的恒星，靠近了，同样危险。

但太阳再大，也没把周围填满。

沿着它向外走，第一个遇到的是水星。

它离太阳最近，一年只有八十八个地球日。

从一次日出等到下一次，却要一百七十六个地球日。

白天，水星表面能热到四百三十摄氏度，夜里又能降到零下一百八十度。

可在两极那些永远晒不到太阳的陨石坑里，居然还藏着水冰。

真正最热的行星，是金星。

它的大小和地球相近，却被浓厚的大气裹住，地表温度接近四百六十七摄氏度，连铅都能熔化。

看着像地球的姐妹，走近了才知道，这是一个完全不同的世界。

越过地球，就是火星。

阳光来到这里，需要大约十三分钟。

今天的火星是一片寒冷荒漠，可河谷、三角洲和矿物，仍在讲述它曾经拥有流水的过去。

巨大的峡谷和火山，又提醒我们，这个看似熟悉的邻居，远比想象中陌生。

再往外，小行星带出现了。

电影里，飞船总要在密密麻麻的巨石之间闪躲。

但真实的小行星带，大部分地方都是空的。

就算把里面的小行星全部凑在一起，总质量也比不上月球。

穿过这片空旷，木星才真正让人感到什么叫巨大。

它的直径大约是地球的十一倍，体积能容纳约一千三百个地球，却不到十小时就自转一圈。

云层被拉成条纹，大红斑则是一场持续了至少一百多年的巨大风暴。

从太阳到木星，已经是七亿多公里。

那架客机，差不多要飞一个世纪。

可这趟旅程，距离结束还早。

抵达土星，阳光已经走了大约八十分钟。

它最醒目的光环，看起来像一整块圆盘，实际是无数冰块各自绕行。

横向铺开能延伸几十万公里，有些部分却薄得惊人。

壮观的外表背后，是引力维持的精巧秩序。

如果把光环缩到一个足球场那么宽，它的厚度甚至可能比头发还薄。

那些冰块，从细小尘粒到房屋般的碎块，各走各的轨道，共同拼出了我们眼前这道光环。

再到天王星，距离太阳接近三十亿公里。

它像是侧躺着转动，绕太阳一圈，要八十四个地球年。

而海王星，平均距离太阳大约四十五亿公里。

阳光来到这里，已经过去四个多小时。

客机要飞约五百七十年。

八大行星走到这里结束了，太阳系却还远远没有结束。

海王星外，是寒冷的柯伊伯带。

冥王星就在这一带运行。

它比月球还小，却有冰山、稀薄的大气，以及那片著名的心形平原。

新视野号用了九年多，才终于来到它身边。

更远处，旅行者一号还在孤独前进。

它于一九七七年离开地球，后来穿过日球层顶，进入星际空间。

但走出太阳风撑起的气泡，并不等于走出了太阳系。

它身上还带着一张金唱片，装着地球的声音、音乐、图像和问候。

没人知道这封信会不会被收到，它仍随着飞船，向黑暗深处远去。

前方还有推测中的奥尔特云。

无数冰冷的小天体，可能从各个方向包围着我们。

它的外缘，可能延伸到距离太阳十万个天文单位的地方。

旅行者一号要穿过这片区域，可能还需要数万年。

如果这些数字仍然太抽象，就把太阳缩成一个直径十四厘米的柚子。

地球只剩一粒一点三毫米的小沙子，在十五米外绕着它转。

海王星是一颗五毫米的小珠子，却已经远在四百五十米之外。

旅行者一号，要放到两公里多外。

奥尔特云最远的边界，则可能在一千五百公里外。

一个柚子，几粒微小的沙子，中间隔着城市般辽阔的空白。

这才是太阳系真正的样子。

我们以为已经走得很远，可回头看看，人类的宇宙远行，原来才刚刚出门。

一颗飞了三年半的木星探测器又回到地球附近，接下来仍将前往木星

来自欧洲空间局官方通报以及百度百科公开资料，2026年9月28日，Juice木星冰卫星探测器完成第三次地球引力助推飞掠，探测器在印度洋上空距离地表约8640公里掠过，轨迹偏转20度，速度提升3.5公里每秒。

这颗探测器2023年4月于法属圭亚那发射升空，离开地球已经三年半，它并不是返航回家，而是借地球引力“搭便车”，继续奔赴遥远木星，整个旅途要耗时将近八年，计划2031年7月才能抵达目标轨道。

很多人会感到疑惑，去往木星飞了三年半，为什么又回到地球？其实绕这么大一个圈子，这背后正是深空探测非常经典的引力弹弓技术。

引力弹弓：深空航行的免费加速技巧 如果依靠火箭发动机直接一路冲向木星，探测器需要携带数量极其庞大的燃料，不仅发射成本飙升，火箭运载能力也很难实现。

而引力助推就相当于向行星“借一点引力”，不用消耗大量燃料就可以改变飞行方向、提升飞行速度。

Juice一路走来已经完成月球‑地球双飞掠、金星飞掠，本次是第三次地球借力，2029年1月还会执行最后一次地球飞掠，层层调整轨道奔向木星。

它的任务时间线大致是这样： 2023年4月：从法属圭亚那发射升空 2024年8月：完成史上首次月球-地球双飞掠 2025年8月：飞掠金星 2026年9月28日：第三次飞掠地球（本次） 2029年1月：计划最后一次飞掠地球 2031年7月：抵达木星。

历史上旅行者号、卡西尼号也都大量使用这套方案完成外太阳系远航，只不过Juice任务的借力序列更加复杂，甚至完成人类史上第一次月球‑地球联合引力助推，仅此一步就节省上百公斤推进剂，省下来的燃料，未来全部留给木星系统内的科学探测使用。

本次飞掠过程也不只是单纯的变轨机动，探测器搭载的MAJIS成像光谱仪开机观测了地球，检测大气中的氧气、水、臭氧、二氧化碳，分析碳氢氮氧磷硫这些生命基础元素。

把地球当作测试靶标，用来校验全套探测仪器，提前磨合设备，为将来观测木星冰卫星积累实测经验。

目标冰卫星：太阳系最有希望找到生命线索的地方 Juice任务总耗资约17亿美元，是欧洲空间局规模最大的深空项目，它不会把主要精力放在木星本体，核心瞄准木卫二、木卫三、木卫四三颗冰卫星，重点搜寻冰壳之下地下海洋的宜居痕迹。

过往伽利略号、朱诺号探测器的数据已经提示，这几颗卫星厚厚的冰层之下，极有可能存在大范围液态咸水海洋，仅木卫二的海洋总水量，就超过地球全部海洋水量之和。

液态水、化学元素、潮汐带来的内部热源，这些恰恰是地球生命诞生的关键条件，这也让冰卫星成为全太阳系寻找地外生命迹象最高优先级的目标。

值得一提，Juice还将创造历史，它会成为人类第一颗环绕除月球以外其他卫星运行的航天器，最终进入木卫三轨道，详细测绘这颗太阳系最大卫星的磁场、冰层、地下海洋结构。

它还会和美国“欧罗巴快船”探测器形成互补，欧罗巴快船重点反复近距离飞掠木卫二，Juice兼顾三颗冰卫星的综合普查，两套设备互相印证，解开冰卫星海洋世界的谜题。

漫长航行背后的现实启示 很多人期待探测器可以立刻传回外星生命的惊人消息，但我们要认清现实，Juice只负责探查环境是否具备宜居条件，并不是直接去找活的外星生物。

即便地下海洋真实存在，想要确认海洋里面有没有生命，还需要更远期的着陆、潜航探测，这是几十年之后的构想。

从发射到抵达木星要耗费八年时光，这种漫长恰恰就是深空探索的常态。

火箭的推力终究有限，人类只能利用太阳系天体引力，一步一步曲折前进。

Juice一次次从地球身旁掠过，却不停留，短暂回望家园之后继续向着冰冷遥远的深空远行，它承载的，是人类想要回答一个终极问题：在浩瀚宇宙之中，地球生命是不是孤独的存在。

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