中国发现新型太阳帆材料 推力可提高1000倍

  

电影《阿凡达》中，人类飞抵4光年外的比邻星所使用的巨大宇宙飞船采用了16平方公里的巨大太阳帆作为动力，最近中国科学家发现的一种新型材料或许能将这个面积降低1000倍。据悉，天津南开大学教授陈永胜、田建国的联合科研团队发现的一种石墨烯材料具备“光动”飞行能力，单位面积材料产生的推力是传统光压推动的1000倍。今年1月美国发射了迄今为止最大的太阳帆试验飞行器Sunjammer，它的太阳帆面积为1200平方米，可产生32牛的推力。同样的面积的太阳帆，如果使用中国发现的新型石墨烯材料，其推力可达3.2千牛，且同样完全不需要消耗燃料。这一技术如果得到实用，有望改变未来太空航行的面貌，大大加快人类征服星辰大海的速度。

 

科幻电影《阿凡达》中的太阳帆飞船（太阳帆已经收起，正使用无工质反物质发动机进行减速）

 

中新社天津6月19日电(记者张道正)南开大学19日透露，该校教授陈永胜、田建国的联合科研团队通过3年研究，获得一种特殊的石墨烯材料。该材料可在包括太阳光在内的各种光源照射下驱动飞行，其获得的驱动力是传统光压的千倍以上。该研究成果令“光动”飞行成为可能。

 

空间飞行器是人类探索宇宙的重要工具，而动力源问题一直羁绊着人类无法走得更远。目前，几乎所有的航空、航天飞行均采用化学驱动，即通过喷射燃烧的化学物质来获得驱动力。光直接驱动飞行是科学界和航空界多年的梦想，亦是难题。

 

陈永胜教授团队研制出的这种石墨烯材料，在其宏观材料特殊形貌结构和石墨烯自身特殊电子结构的共同作用下，可以在包括太阳光在内的各种光源照射下有效驱动飞行。

 

在位于南开大学的功能高分子材料教育部重点实验室里，记者看到，研究人员将一个重为4毫克的形似“海绵”的圆饼状三维石墨烯材料放置到真空管中。在不同光源的“推动”下，“海绵”瞬间发生了水平或竖直方向的位移，最大移动距离可达40厘米。

 

今年1月进行测试的迄今最大的太阳帆飞行器，Sunjammer

 

正在展开的太阳帆

 

研究人员介绍，实验所用光源都较弱，如普通激光、氙灯等。实验发现，光源的波长与石墨烯材料产生的驱动力成反比。即波长越短，材料产生的驱动力越大。通过室外实验，研究人员发现太阳光同样可以驱动这种石墨烯材料移动。

 

“这是我们了解到的，迄今为止科学界第一次用光推动一个宏观物体并实现宏观的驱动。”陈永胜教授说，通过定量测量，这种石墨烯材料在光照条件下产生的力是传统光压的千倍以上。500公斤的负载，如果利用基于这种石墨烯材料制备的驱动帆板，理论上获得的驱动力至少能使其达到0.09米每秒的加速度。（观察者网注：按照理论计算，同样面积的太阳帆产生的加速度约为0.000009米/秒）

 

除了观察到这种光直接驱动飞行外，研究团队经过大量的实验，提出了一种新的驱动机理，即这种材料在光作用下，通过发射大量的电子获得了相应的驱动力，即这种特殊的驱动是通过电子喷射获得的，完全不同于传统的化学火箭。

 

 

有了新型光动力材料，或许太阳帆的实用时间比我们想象中的还要近

 

目前，陈永胜教授团队正在对这种机理进行进一步的研究和验证。因此本材料还可以作为一种方便的电子发射源。

 

据了解，介绍该成果的论文在线发表于国际著名学术刊物《自然-光学》上。最新一期英国著名科普杂志《新科学家》为该成果撰评述。