如果一切顺利，5月20日，首个依靠阳光航行的私人航天器将从佛罗里达州的卡纳维拉尔角升空。该航天器名为“光帆”，是行星协会（一个旨在促进太空探索的非营利组织）的项目。
尽管光子没有质量，但太阳光中的光子确实携带动量。在足够数量的情况下，它们可以在太空真空中推动物体。让足够多的光子反射到大型反射航天器上，仅靠光就可以使其持续加速，而无需任何车载燃料，就像帆船借风航行一样。这样的航天器被称为“太阳帆”。这个巧妙的想法可以追溯到400多年前的德国天文学家约翰内斯·开普勒，他注意到彗星的尾巴似乎被太阳风吹离了太阳，并且有朝一日可以利用它来推动天体飞行器穿越“天堂之气”。
太阳的光子风可能很弱，但它们是持续的，随着时间的推移，可以推动一艘轻型、无燃料的航天器达到远高于传统化学火箭的速度。由于燃料很重，而质量是太空旅行的关键成本驱动因素，因此太阳帆提供了一种非常廉价、非常有效的方式，可以在太阳系周围运输货物。一些支持者甚至表示，由强激光束推动的帆最终可能被证明是前往其他恒星的少数可行方法之一。
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“光帆”的大小与一条面包相当。它的体积足够小，可以搭载计划于明天发射X-37B军用太空飞机的阿特拉斯5号火箭进入近地轨道。经过一个月的检查阶段，行星协会的航天器将展开其银色的聚酯薄膜太阳帆，测试帆在近地轨道上的展开情况。尽管其宽度为32米，大约相当于一个拳击台的大小，但帆的厚度仅为4.5微米，与单根蜘蛛丝相同。这种非常大但又非常轻的帆非常擅长吸收阳光的动量，足以将其和附带的有效载荷带到行星际旅程中。
然而，这一次，航天器的轨道高度不足以完全摆脱地球大气阻力；一旦其帆展开，阻力将急剧增加，在短短几天内将航天器拉回并烧毁。明年，行星协会计划将第二艘“光帆”搭载在SpaceX猎鹰重型火箭上发射到更高轨道，以进行更广泛的太阳帆推进测试。如果成功，那次飞行将是太阳帆在地球轨道上受控演示的首次尝试。
“光帆在技术上非常出色，而且非常浪漫，”行星协会首席执行官比尔·奈在一份声明中说。“我们将在阳光下航行。但等等，还有更多：这个独特而非凡的航天器完全由私人公民资助，他们认为太空飞行很酷。”奈更愿意称“光帆”为“人民的卫星”。
据行星协会称，整个“光帆”项目的成本约为550万美元，其中该协会仍需要从捐助者那里筹集约100万美元。考虑到传统的太空任务通常花费数亿美元或数十亿美元，这算得上是极低的成本，这为非政府组织甚至私人公民进一步开展小型但雄心勃勃的太空任务开创了良好前景。
命运多舛的历史
“光帆”并非太阳帆的首次尝试，也不是行星协会首次花费数百万美元用于展示这项技术的航天器。
在20世纪70年代中期，该协会的两名联合创始人布鲁斯·默里和路易斯·弗里德曼曾在美国宇航局喷气推进实验室工作，参与设计用于前往哈雷彗星的机器人任务的太阳帆。该任务需要从航天飞机发射和展开一个真正巨大的帆。由于一些设计要求帆的直径接近一公里，美国宇航局官员取消了该项目，对估计的成本和未经证实的技术表示担忧。该机构在未来几年内不会大力重新审视太阳帆，而是让其他人去追求阳光驱动的太空旅行梦想。
弗里德曼、默里和他们的合作者卡尔·萨根继续组建了行星协会，并筹集了400万美元来支持另一项太阳帆任务，即一个名为“宇宙1号”的100公斤重的航天器。为了节省资金，该项目计划使用更便宜的俄罗斯火箭进行两次发射，特别是从潜艇发射的重新利用的弹道导弹。由于火箭故障，两次发射——2001年的亚轨道测试飞行和2005年的轨道尝试都失败了。
该协会在2009年开始规划后来的“光帆”项目，而不是建造另一个大型、昂贵的航天器，而是依赖立方体卫星——一种廉价、小型化的模块化航天器，边长为10厘米。每个“光帆”的重量不到5公斤，而不是几十到数百公斤（这需要更大的帆面积和更复杂的后勤保障）。该航天器由三个串联的立方体卫星组成，这种设计大大简化了其构造并降低了成本。“本质上，摩尔定律已经遇到了太阳帆技术，”Ecliptic Enterprises公司的首席执行官雷克斯·里德诺尔说，该公司负责“光帆”的集成和测试。“这与某些任务剖面非常匹配。”
考虑长远，从小处着手
随着立方体卫星的兴起，美国宇航局再次审视了太阳帆，并在2000年代开始了自己立方体卫星太阳帆项目。美国宇航局的3.5米宽的NanoSail-D旨在测试太阳帆如何用于退役失效的卫星。但是，NanoSail-D在2008年其猎鹰1号火箭未能进入轨道时被摧毁。美国宇航局在2010年发射了一个替代品，并在2011年成功地在太空测试了这项技术，尽管该航天器倾向于在轨道上不受控制地旋转和翻滚。同时，日本航天局在2004年成功测试了一个太阳帆，并在2010年发射了IKAROS，这是一个全面的行星际任务，使用一个315公斤、20米对角线的太阳帆在当年晚些时候飞越金星。日本的IKAROS任务“不是噱头”，里德诺尔说，而是“一个非常明确的技术成熟任务。他们在这一领域明显领先于其他人。”
美国宇航局仍在迎头赶上。该机构太阳帆计划的下一步是名为Sunjammer的任务，这是一个计划在2015年展开近40米宽的帆从地球轨道飞出的航天器。但美国宇航局去年取消了Sunjammer，理由是建造该航天器的承包商存在不足。相反，该机构正在继续计划更适度的基于立方体卫星的太阳帆任务，计划在2018年首次发射美国宇航局太空发射系统火箭时，将两枚太阳帆送往月球。该机构的“月球手电筒”任务将不仅利用太阳帆进行机动，还将利用太阳光照射到月球两极附近的黑暗陨石坑中，以寻找水冰。它的伙伴，“近地小行星侦察兵”将利用其帆从月球飞走，以访问一颗路过的太空岩石。每个任务由六个立方体卫星组成，拥有一个九米宽的帆，估计成本为1500万美元——仅为典型的美国宇航局行星际任务价格的极小一部分。配备太阳帆的立方体卫星群可以用于许多其他应用，例如监测太空天气或从轨道上勘测其他行星。
据行星协会的“光帆”项目经理道格·斯泰森称，“光帆”正在证明对美国宇航局重新燃起的对太阳帆的兴趣至关重要，他的团队正在与参与该机构新项目的工程师分享其经验和见解。“通过将太阳帆与立方体卫星等小型航天器结合使用，可以在私人组织可接受的成本下进行演示任务——这也是行星协会可以帮助推进太空科学的一种方式，”斯泰森说。“目标是证明这种方法的可行性，并鼓励其他团体和机构将其用于更高级的探索任务。”
即便如此，也不要期望太阳帆会在短期内取代火箭，里德诺尔说。对于发射、快速轨道变化和行星着陆，火箭强大的即时推力是无与伦比的。美国宇航局的大部分太空飞行努力——向国际空间站发射、将小行星重定向到月球轨道、将机器人并最终将人类送往其他行星——都围绕着这些事情展开。“太阳帆与这些任务类型不太匹配，”里德诺尔说。“但对于更悠闲的任务，太阳帆可能具有优势。”