对地遥感与深空探测=8

1、第八讲冲出太阳系28.1太阳探测 1,先驱者(pioneer)5(1960)、6(1965-2000)、7(1966-1995)、8(1967-2001)、9(1968-1983)、 E (1968-) 2, Helios 计划 A (1974-1982)、B (1976-1985) 美国与德国合作 3, ISEE (1978-1982) 4，太阳极大期任务卫星(SolarMax) 1980-1989 0 5，尤利西斯(美国与 欧空局1994-Now这个任务有些特殊)0 6，太阳和太阳风层探测器(SOHO) 1995-0 7, ACE 1997-Now 0 8， Genesis 2001-20

2、04 0 9， STEREO A 2006-0 10， STEREO B 2006-0 11,夸 父计划，2012-38.1.1，美国先驱者6、7、8、9号0先驱者计划专门探测太阳系内行星以及空 间环境，尤其是太阳磁暴等情况。从1965-1969共发射5颗，也被称为“先驱者A、B、 C、D、E (E失败)”。A、B、C、D这4颗带有自旋稳定的卫星构成了 一个探测群.0先驱 者6号和先驱者9号定位在离太阳0.8天文单位的轨道上。其轨道周期略短于地球。先驱者7号和先驱者8号定位在离太阳1.1天文单位的轨道上。轨道周期略长于地球。0 由于它们的轨道位置在地球的两侧，有时候轨道器就在太阳地球连线上。如

3、果太阳磁暴发 生，它们可以提前向地面控制站报告。48.1.2美国与德国Helios计划AB0美国与德国合作的一项研究太阳活动的探测计划，在1974和1976年各发射了两颗探测 器。探测器的最大飞行 速度达到了 25.3万km/h(创下了记 录)，同时也创下了距离太阳最 近的探测记录：0.3天文单位(4500万km) 0研究太阳、太阳-行星关系和水星轨道以内 的近日行星际空间，探测太阳风、行星际磁场、宇宙线、微流星体 等。0到1980年，两 颗探测器完成了预定计划，但是直到1985年仍可以传回信号资料。到现在(2009)，两颗 探测器仍然在环绕太阳的轨道上运行。58.1.3美国欧空局ISEE3

4、(国际日地探索计划探测器)0 International Sun-Earth Explorer 3史上最长寿的探测器之一0 (1978-2014) ISEE3是国际日地探索(ISEE)项目发射的第三个 探测器，在太阳与地球间的轨道运行(最初定位在第一拉格朗日点上)。ISEE3号探测到了 宇宙伽玛射线的爆发和太阳耀斑。0 1982年，国际彗星探索计划将ISEE更名为ICE。ICE于 1985年脱离原有轨道探测贾可比尼-秦诺彗星，并在之后探测哈雷彗星。0 1997年，ISEE3 号寿终正寝。但NASA依然利用其稳定轨道在2008年9月为航 天飞船进行定位联系。ISEE3 正在回归，将于2014年左

5、右接近地球。该卫星的飞行指导法科哈尔说那时卫星的外形会 依然完好，燃料充足。法科哈尔希望卫星能退回到日地之间的原有轨道，可供学生们作廉 价的实验。ICE于1985年脱离原有轨道探测贾可比尼-秦诺彗星和哈雷彗星。78.1.4美国欧空局尤利西斯探测器0 (人类探索太阳的一座丰碑)“尤利西斯”号是人类成功发射的第一个黄道外太阳探测 器。“尤利 西斯”一名来自希腊神话人物奥德修斯拉丁文姓名。正如这名传说中 的英雄， “尤利西斯”使人类对地球生命赖以生存的太阳认识上升到一个新高度。1990年10月6 日，美国发现号航天飞机将尤利西斯号太阳探测器送入太空，把对太阳的探测活动推向 一个新的阶段。该探测器重3

6、85千克，靠钚核反应堆提供工作能量，共装有九台科学仪器， 其任务是探测太阳两极及其巨大的磁场、宇宙射线、宇宙尘埃、Y射线、X射线、太阳 风等。8尤利西斯-奇特的探索路径(1990-2009) 0更多惊喜： 尤利西斯”号意外地于2000 年和2007年分别经过百武彗星和麦克诺特彗星的彗尾，催生不少惊人发现。例如，百武 彗星离子彗尾长度超过5亿公里，是迄今发现的最长彗尾。在飞经木星附近时，“尤利西 斯”号还6次探测到了源于木星或木星周围卫星以28天为周期的尘埃爆发。任务终结： 在18年的飞行任务之后，2009年7月1日，ESA结束了与其通信联络。在尤利西斯之前， 人类对于太阳的观测仅仅局限于太阳的

7、低纬度，观测地点都是在太阳的黄道平面上。为了探 索太阳所有纬度情况，尤其是南北两极的情况，探测器采用了南北两极的飞行模式。 1992年，探测器被助推到木星轨道附近，利用木星强大的行星引力进行变轨。使探 测器进入近日点1天文单位（地球的位置），远日点5天文单位（木星的位置），与 黄道倾角为80.2度的大椭圆轨道上。在这个位置可以对太阳表面一览无余，能够全方 位地观测太阳。98.1.5美国 欧空局太阳和太阳风层探测器（SOHO计划）（1995-2009） 太阳和太阳风层探测器（Solar and Heliospheric Observatory， 缩写为SOHO）是欧洲航天局及美国国家航空航天局共

8、同研制的无人太空船，于1995年发 射升空。该太空船重610公斤，于L1拉格朗日点上公转（但是她不是准确定位在L1点， 为了通信安全）。在该点，环绕太阳公转所需的离心力是经地球重力抵消后的太阳重力，而 公转周期与地球相同，因此可停留在相对位置上。该天体在地球上空150万公里处运动， 其所受的重力加速中，太阳比地球（5.9 mm/s2 ）多2% （118 mm/s2），而该位置所需的离心 加速为经抵消后重力加速的一半（59mm/s2），其总所受加速为177 mm/s?，与地球公转相 同。太阳和太阳风层探测器安装了十二台主要的科学仪器，每一个都能够独立的观察太阳 或者太阳的某个局部。原定于2007

9、年完成 使命的SOHO被延长至2009年年底（1995-2009）。 10这又是一个神奇的探测器在发射SOHO之后，借助于它可以观察在太阳边缘飞过的彗 星，观察到这样飞近太阳的彗星已超过1000颗。最初设想，SOHO在太空工作2年时 间，但是由于它提供的信息非常宝贵，因此对它的飞行拨款已持续多次。的确，SOHO在 工作中并非没有遇到技术问题，例如在1998年它曾一度失去控制，但是在两个月后又成功 使它携带的陀螺仪恢复正常工作；在1999年底控制系统再次出现问题，而在2003年6 月主天线的转动机构折断，但是由于飞行控制中心专家的努力，每次都成功恢复了 SOHO 的正常工作。118.1.6中国（

10、国际合作）夸父计划“夸父计划”由三颗卫星组成，其中A星设置在距地球 15 0万公里的日地连线上，用来全天候监测太阳活动的发生及其伴生现象。另两颗卫星B 1和B2在地球极轨大椭圆轨道上飞行，用来监测太阳活动导致的地球近地空间环境的变 化。这次是中国元素。 2012太阳活动极大期。2012 （即所谓的世界末日年）是太阳活动 剧烈频繁的时期，抓住这一机会发射，夸父计划将帮助科学家深入研究日地环境，为灾害 性空间环境预报提供观测数据。同时，它将揭示日地空间风暴机理，监测行星际扰动传 播。届时，空间天气的预警预报水平将大幅提高，并推动中国航天深空探测技术的发展。 德国、法国、比利时、奥地利、加拿大等国1

11、0多位著名空间科学家也将参与这项由中国人 发起的太阳探索计划。1213拉格朗日点1906年首次发现运动于木星轨道上的小行星（Trojan 群小行星）在木星和太阳的作用下处于拉格朗日点上。在每个由两大天体构成的系统中，按 推论有5个拉格朗日点，但只有两个是稳定的，即小物体在该点处即使受外界引力的摄扰， 仍然有保持在原来位置处的倾向。每个稳定点同两大物体所在的点构成一个等边三角 指受两大物体引力作用下,能使小物体稳定的点.一个小物体在两个大物体的引力作用下在 空间中的一点，在该点处，小物体相对于两大物体基本保持静止。这些点的存在由法国数学 家拉格朗日于1772年推导证明的。14L1在M1和M2两个

12、大天体的连线上，且在它们之间。例如：一个围绕太阳旋转的物体， 它距太阳的距离越近，它的轨道周期就越短。但是这忽略了地球的万有引力对其产生的拉力 的影响。如果这个物体在地球与太阳之间，地球引力的影响会减弱太阳对这物体的拉力，因 此增加了这个物体的轨道周期。物体距地球越近，这种影响就越大。在L1点，物体的轨道 周期恰好等于地球的轨道周期。太阳及日光层探测仪（SOHO） （NASA关于SOHO工程的网 站）即围绕日-地系统的L1点运行。15L2在两个大天体的连线上，且在较小的天体一侧。例如：相似的影响发生在地球的另一侧。 一个物体距太阳的距离越远，它的轨道周期通常就越长。地球引力对其的拉力减小了物体

13、 的轨道周期。在L2点，轨道周期变得与地球的相等。 L2通常用于放置空间天文台。因为 L2的物体可以保持背向太阳和地球的方位，易于保护和校准。威尔金森微波各向异性探 测器已经围绕日-地系统的L2点运行。詹姆斯韦伯太空望远镜将要被放置在日-地系统的 L2点上。16L3-L5 L3在两个大天体的连线上，且在较大的天体一侧。例如：第三个拉格 朗日点，L3,位于太阳的另一侧，比地球距太阳略微远一些。地球与太阳的合拉力再次使 物体的运行轨道周期与地球相等。 一些科幻小说和漫画经常会在L3点描述出一个“反地 球” 。 L4 (稳定点)在以两天体连线为底的等边三角形的第三个顶点上，且在较小天 体围绕较大天体

14、运行轨道的前方。 L5 (稳定点)在以两天体连线为底的等边三角形的 第三个顶点上，且在较小天体围绕较大天体运行轨道的后方。 L4和L5有时称为“三角拉 格朗日点”或“特洛伊点”。 土卫三的L4和L5点有两个小卫星，土卫十三和土卫十四。土卫四在L4点有一个卫星土卫十二。17天文学中的用途在双星系统、行星和太阳、卫星和行星(或任何因重力牵引而相互绕行的两个天体)的轨 道面上，所特有的一些稳定点。例如，超前和落废木星轨道60度的地方，各有一个拉格朗 日点，如果有小行星在这两个拉格朗日点上，它会在此点附近振荡，但不会离开这些点，而 特洛伊小行星(Trojan asteroids)就是位在这两个区域。事

15、实上，任何双星系统都有五个 拉格朗日点。除了上面的两个点之外，另三个的拉格朗日点不很稳定，处在其他拉格朗日点 上的小天体，稍受扰动就会离开它位置。18世界瞩目的是2001年升空的威尔金森宇宙微 波各向异性探测卫星(WMAP)，WMAP是继宇宙微波背景探索者卫星COBE之后的第二代 宇宙微波背景探测卫星。人们感到好奇的，也是WMAP的定位：处于太阳-地球系统的“第 二拉格朗日点”。19天文学家很快就在木星之后60的位置上，也发现了小行星。迄今为 止，在木星前后这两个拉格朗日点上，已找到700颗小行星。科学理论的预见何其美妙！后 来发现的这些处在拉格朗日点上的小行星，都以特洛伊战争里的英雄命名。于

16、是，这几百颗 小行星，就有了一个“集体的”称号：特罗央群小行星。这个“特罗央”，实际上就是古 希腊神话中小亚细亚的“特洛伊”城。208.2飞跃太阳系为了探测太阳系外围空间的物理 情况，迄今为止，共发射了4艘宇宙飞船，即“先驱者”10号、11号，“旅行者”1号和2 号。它们都肩负着美国宇航局的重大科学考察项目。21“先驱者10号(Pioneer 10)”于1972 年3月2日上午，一路上考察了行星际物质；1973年12月3日与木星会合，在离木星13 万公里处飞掠而过，探测到木星规模宏大的磁层，研究了木星大气，送回300多幅木星云 层和木星卫星的彩色电视图像。“先驱者11号”飞船于1973年4月6

17、日发射，1974年12 月5日到达木星。它离木星表面最近时只有4.6万公里，比“先驱者10号”近两倍。送回 有关木星磁场、辐射带、重力、温度、大气结构以及4个大卫星的情况，并按地面指令调 整 航向，飞越在地面因视角不合适而难于观测的木星南极地带。“先驱者11号”在完成任 务后，向着土星飞去1977年8月20日和9月5日，美国又相继发射了 “旅行者1号”和 “旅行者2号”飞船。这两艘飞船在仪器设备方面比“先驱者” 10号和11号先进。“旅行者1号(Voyager 1)”于1979年3月飞临木星，在3天之内探测了木星和4个伽利略卫星， 以及木卫五，拍摄了数以千计的彩色照片，并进行了一系列科学考察。

18、“旅行者2号”于1979 年7月飞临木星，对木星进行了考察。两艘飞船在离开木星后，还要继续探测土星、天王星 和海王星，然后飞出太阳系，到茫茫的宇宙中去寻找知音。22旅行者1号探测器(Voyager 1 ) 组织：美国太空总署发射日期：1977年9月5日运载火箭：泰坦三号E半人马座 火箭 NSSDC ID: 1977-084A 质量:721.9 kg 能源:420 W235 Sep 旅行者 1 号(Voyager 1) 是一艘无人外太阳系太空探测器，重815千克，于1977年9月5日发射，截止到2006年 仍然正常运作。它曾到访过木星及土星，是第一艘太空船提供的高解像清晰照片。现时，它是离地球最

19、远的人造飞行器。它的飞行速度比现时任何人造太空船都快一点， 使较它迟一个月发射的姊妹船旅行者2号永远都不会超越它，以比两艘太空船要高的发射 速度送上太空的新视野号也如此。它的一生里曾受惠于几次的引力加速。旅行者1号现时 已经进入太阳系最外层边界，并即将飞出太阳系，目前处于太阳影响范围与星际介质之间， 距离太阳167亿公里（或111.642AU，数据截止2009年10月9日）。262010-4-8270旅行 者1号已经进入了日鞘，即介乎太阳系与星际物质之间的终端震波区域。如果旅行者1号 最终在离开日球层顶后仍能有效运作，科学家们将有机会首次量度到星际物质的实际情况。 依据现时的位置，太空船发出的

20、讯号需要13个小时以上才 能抵达它的控制中心，由喷气 推进实验室JPL监控。旅行 者1号在沿双曲线轨道轨道，并已经达到了第三宇宙速度。这 意味著他的轨道再也不能引导太空船飞返太阳系，与没法联络的先驱者10号、已停止操作 的先驱者11号及其姊妹船旅行者2号一样，成为了一艘星际太空船。280旅行者1号发射 后，首次在1979年1月开始对木星进行拍摄。在同年的3月5日离木星最接近，只距离木 星中心349,000公里。由于在如此近距离掠过，太空船在48小时的近距离飞行时间中，得 以对木星的卫星、环、磁场以及辐射环境作深入了解及高解像度拍摄。整个拍摄过程最终于 4月完成。0两艘太空船对木星及其卫星有不少

21、重要发现，最令人惊讶的是在木卫一上发现 了火山活动。这是当时并没有在地球上观察得到，就连先驱者10号及11号也未有观察得到。 拜访木星Jupiter29拜访土星Saturn在顺利地借助了木星的引力后，太空船朝土星的方向 进发。旅行者1号于1980年11月略过土星，于11月12日最接近土星，距离土星最高 云层124,000公里（77,000英里）以内。太空船探测到土星环的复杂结构，并且对土卫六上的大气层进行了观测。由于发现了土卫六拥有浓 密的大气层，喷气推进实验室的控制人员最终决定了让旅行者1号驶近一点土卫六进行研 究，并随之终止了它继续探访其余两颗行星。0结果造访天王星和海王星的任务只得交予旅

22、 行者2号。这次靠近土卫六的决定使太空船受到了额外的引力影响，最终使太空船离开了 黄道，终止了它的探索行星任务。30拜访天王星Uranus0旅行者2号所拍摄的天王星的“月 亮” Miranda。1986年1月24日。距离19000英里。天卫五（Miranda）是天王星的一颗 卫星。它是天王星已知卫星中距其第十一近，也是天王星的大卫星中靠天王星最近的一颗。 31拜访海王星Neptune0在1989年夏天，旅行者2号飞船离开地球以来12年，成为第一 个观察海王星的探测器。32Voyager 1因电力有限而停止操作的功能0 2003停止扫描平台及 紫外线观测0 2010停止回转运作0 2010停止资

23、料终端就绪运作（只能以70米/34米天线 阵来接收每秒1.4位元的资料）0 2016终止仪器间共享电力0 2020没有足够电力起动任 何单一仪器0宇宙中的飘流瓶330加利福尼亚州帕萨迪纳-NASA的旅行者1号经过33年飞 行，已经达到我们太阳系的边缘（日鞘），没有太阳风向外运动。0现在（2010-12-13），旅 行者1号经过17.4 billion km已越过边界进入了一个新领域太阳向外释放的热电离气体或 等离子体的速度已经放缓到零。0科学家们怀疑，由于恒星间的星际风作用，太阳风转向侧 面。3旅行者1镀金唱片Voyager 1上携带了一张铜质磁盘唱片，内容包括用55种人类语言 录制的问候语和

24、各类音乐，旨在向“外星人”表达人类的问候。唱片有12英寸厚，镀金表 面，内藏留声机针。55种人类语言中包括了古代美索不达米亚阿卡得语等非常冷僻的语言， 以及四种中国的方言（国语、厦门、广东、吴语）。问候语为：“行星地球的孩子（向你们） 问好”。唱片还包括了以下内容：0时任联合国秘书长库尔特瓦尔德海姆的问候。0时任 美国总统卡特的问候，内容是：“这是一份来自一个遥远的小小世界的礼物。上面记载着我 们的声音、我们的科学、我们的影像、我们的音乐、我们的思想和感情。我们正努力生活 过我们的时代，进入你们的时代。”0 一个90分钟的声乐集锦，主要包括地球自然界的各 种声音以及27首世界名曲，其中有中国京

25、剧和古曲高山流水莫扎特的魔笛和日本 的尺八曲等。 115幅影像，太阳系各行星的图片、人类生殖器官图像及说明等。35宇宙中 孤独的“旅行者”，1977-36370据新华社电美国航天局表示，过去3年中，“旅行者1号” 上携带的两个高能望远镜接收到越来越多的宇宙射线，上个月，来自太阳系外的宇宙射线 数量急剧增加。此外，探测器感测到的高能粒子数量也出现变化，这些源自太阳的粒子数 量有所下降。基于这些数据，项目科学家得出结论：“人类向星际空间派出的首个使者已 在太阳系边缘”。0参与“旅行者”项目的科学家埃德斯通说，物理规律表明，“旅行者 1号”将在未来的某一天成为首个进入星际空间的人造物体，但具体日期目

26、前还无法确定。 旅行者1号” 1977年升空，其最初目标是观测木星、土星、天王星和冥王星，1989年 完成任务后，美国航天局指令其向银河系中心方向进发。38电池耗尽后带地球问候继续前 行 旅行者1号”一开始就带着将地球人的信息传递给未知的外星人的任务。 旅行者1 号”已经在太空中飞行35年，它发回的数据要用16小时38分钟传回地球。目前，“旅行 者1号正以每秒17公里的速度向星际宇 宙驶去，现在这个探测器距太阳约180亿公里。“旅 行者2号”距离太阳约15亿公里。0两艘旅行者探测器都放置了磁盘唱片，上面录制了包 括汉语在内的55种人类语言带给“外星人”的问候语和来自地球自然界的各种声音、图片

27、等。0旅行者号的两枚探测器携带的钚电池将持续到2025年。当电池耗尽之后，他们将继 续向着银河系的中心前进，只是他们将不会再传送数据给地球。（景青）39 0 太空旅行日志0 1977年9月5日12点56分在美国卡纳维拉尔角空军基地出发，离 开地球。0 1977年12月 赶上了率先一步离开地球的双胞胎兄弟“旅行者2号”。0 1978年9月 离开小行星带。0 1979年3月 近距离“拜访”木星，看到了木星背阳面的极光。0 1980年11月 近距离“探访”土星，发回万余幅彩色照片。0 1989年 向银河系中心方向前进。0 2012年5月 已到达太阳系边缘400 1990年的2月14日，美国宇航局的旅

28、行者1号飞船，驶出了我们太阳系中最远的行星冥 王星。0在最后离开的时刻，它将摄像头对准了它的故乡太阳系，为它拍摄了一系列照片， 而这也是第一次从外部为太阳系拍摄的肖像。41420 这就是那个蓝点，它在那里。那就是 我们的家，我们的一切。在它上面，有你爱的每个人、你认识的每个人、你听说过的每个 人。历史上的每一个人，都在它上面度过了自己的一生。也许这张表现我们的世界是如何 渺小的照片，是人类愚蠢自负的最好证明。0它更表明，我们人类之间必须友善相处，珍 惜和保护这个黯 淡的蓝点。它是我们唯一的家。0 Carl Sagan430卡尔萨根（Carl Sagan,1934 -1996 ），美国人，曾任美

29、国康奈尔大学行星研究中心主任，被称为“大众天文学家”和 “公众科学家”。他对人类将无人航天器发送到太空起过重要的作用，在行星科学、生命的 起源、外星智能的探索方面也有诸多成就。他主持过电视科学节目，出版了大量科普文章和 书籍，其伊甸园的飞龙曾获得普里策奖，电视系列节目宇宙在全世界取得热烈反响。 主要作品还有宇宙联结宇宙布卢卡的脑被遗忘前辈的阴影暗淡蓝点数以 十亿计的星球等。44旅行者30周年加州理工学院（1977-2007）45群星为伴“极超 深场”（XDF）460哈勃望远镜的这张照片名为“极超深场” （XDF），是有史以来人类拍摄的最 遥远星空（132亿光年），覆盖的天空区域仅仅相当于一个满

30、月张角的很小一部分，但仍然 包含了多达5500个星系天体目标，其中最暗弱星系的亮度仅有人类肉眼可见最暗弱天体亮 度的亿分之一（2009年）。0等到美国宇航局即将发射的詹姆斯韦伯空间望远镜升空之后， 它将可以看到更遥远的星系，当时的宇宙年龄将仅仅只有数亿年之久。47未来十大太空技 术 1.离子推进器传统的火箭是通过尾部喷出高速的气体实现向前推进的。离子推进器也是 采用同样的喷气式原理，但是它并不是采用燃料燃烧而排出炽热的气体，它所喷出的是一束 带电粒子或是离子。它所提供的推动力或许相对较弱，但关键的是这种离子推进器所需要的 燃料要比普通火箭少得多。只要离子推进器能够长期保持性能稳定，它最终将能够

31、把太空飞 船加速到更高的速度。相关技术目前已经应用到一些太空飞船上，比如日本的“隼鸟”太空 探测器和欧洲的“智能1号”太空船等，而且技术已经取得了很大的进步。未来最有希望成 为更远外太空旅行飞船推进器的可能就是VASIMR（可变特定动力磁等离子火箭）等离子火 箭。这种火箭与一般的离子推进器稍有不同。普通的离子推进器是利用强大的电磁场来加速 离子体，而VASIMR等离子火箭则是利用射频发生器将离子加热到110万摄氏度。在强大的 磁场中，离子以固定的频率旋转，将射频发生器调谐到这个频率，给离子注入特强的能量， 并不断增加推进力。试验初步证明，如果一切顺利，VASIMR等离子火箭将能够推动载人飞 船

32、在39天内到达火星。48核子脉冲推进器最危险、最不计后果的一项应该是核子脉冲推进技术。核子脉冲推进技术的基本思想就 是，在推进火箭的尾部定期扔出一个核弹，用作推动力的来源。这个匪夷所思的想法，却 恰恰是美国国防部高级研究计划署提出的。高级研究计划署的这项研究计划代号为“猎户 座计划”，是1955年美国实实在在考虑过的一项计划。计划的目标是研究一种适合快速星际 旅行的推进方案。在高级研究计划署最终拿出的方案中，推进火箭被设计成一个巨大的减 震器，而且还有厚重的辐射屏蔽用于保护乘客的安全。这个方案看起来可行，但它可能 会对大气层造成严重的辐射问题。因此，到20世纪60年代该计划最终未能真正实施。尽

33、 管存在许多担忧，仍然有人在继续研究核子脉冲推进技术。理论上讲，核弹动力飞船速度 可以达到10%的光速。以这样的速度到达最近的恒星可能需要40年。49核聚变动力火箭依靠核动力的太空飞行技术并不是只有核子脉冲推进器，还有其他的核能利用方式。比 如，在火箭上安装一个裂变反应堆，利用裂变反应堆提供热量喷射气体，从而产生推动力。 不过，这种核裂变动力火箭与核聚变动力火箭相比，仍有很大的差距。在核聚变反应中，核子被迫进行聚合从而产生巨大的能量。大多数的聚变反应堆都是利 用托卡马克装置将燃料限制在一个磁场之中来驱动聚变反应的。但是，托卡马克装置太重， 并不适合用于火箭之上。因此，核聚变动力火箭必须要采用另

34、一种触发聚变的方法，即惯 性约束核聚变。这种设计以高能光束（通常是激光）来代替托卡马克装置中的磁场。当聚变反应发生后，磁场再引导炽热离子喷向火箭尾部，实现核聚变火箭的推 进力。50布萨德喷气式引擎所有推进火箭，包括上述的核聚变动力火箭，都存在一个相同的关键难题。为了实现更 快、更远的目标，火箭上必须要携带更多的燃料，更多的燃料必然会增加火箭的重量，进 而会减小推进力。如果想实现星际间旅行，就必须要避免这种情况。于是，1960年，物 理学家罗伯特-布萨德提出了一种喷气式引擎，布萨德喷气式引擎或许可以解决这一难题。 布萨德喷气式引擎原理和上述核聚变动力火箭一样，但是它并不需要携带足够的核燃料。 它

35、首先是将周围太空中的氢物质进行电离后，然后利用强大的磁场吸收这些氢离子作为燃 料。虽然布萨德喷气式引擎方案没有上述核聚变动力火箭中的反应堆问题，但是它所面临 的问题 是磁场大小的问题。由于星际空间中氢物质很 少，因此它的磁场必须要足够大才可 行，甚至要延伸到数千公里之外。除非是发射前进行精密的计算，设计出飞船飞行的精确 轨道，这样就不用携带多余的燃料，也不再需要巨大的磁场。不过这种想法又出现一个弊 端，那就是飞船必须要按既定轨道飞行，不得偏离，而且从其他星球返程则变得更加困难。太阳帆推进技术这是另一项不需要携带足够燃料的技术，因而理论上讲也可达到极高的速度，不过它往 往需要一个时间过程才可完成

36、这一目标。与传统的利用风力进行航行的帆船相比，太阳帆 是从太阳光线中吸取能量。目前，太阳帆推进技术已在地球的真空室内取得试验成功。然 而，在太空轨道上实施相关试验则以不幸而告终。比如，2005年，世界上最大的业余太 空科学组织美国行星协会研制了一艘名为“宇宙1号”的太空飞船，它的太阳帆运载火箭 因故障而坠毁。2005年6月22日凌晨4时46分，俄罗斯用“波浪”火箭发射了以太阳光 为动力的“宇宙一号” (Cosmos-1)飞船，进行太阳帆的首次受控飞行尝试。最新飞行数据 显示，飞船在起飞83秒后遭到失败，主持这一项目的美国行星学会说，在发射约2 0分钟 后，飞船与地面失去了联系。目前飞船是否入轨

37、正在等待进一步的证实。升空的飞船由8 片三角形聚酯薄膜帆板组成，耗资400万美元，是美国一家私人组织“行星协会”、俄罗斯 科学院和莫斯科拉沃奇金科学生产联合体花费数年时间联合建造的。52 “Ikaros”太阳帆 飞船日本宇宙航空研究开发机构2010-6-11日称，已确认“Ikaros”太阳帆飞船的帆成功展 开，并公开了飞船上摄像头拍下的图像。该飞船在太空中像船帆一样展开薄膜，以太阳光 的微小压力作为前进动力。报道指出，“Ikaros”5月同金星探测器“拂晓”号一起发射后， 转动直径1.6米、高0.8米的圆柱形机体，在离心力作用下徐徐展开薄膜帆。 6月10日， 日本科研人员确认“Ikaros”在

38、距地球约770万公里的太空中顺利展开了边长14米的正方形 帆。外置于帆中心机体上的摄像头拍下这一图像并传回了地球。 “Ikaros”的薄膜帆由可自由 调节光反射的特殊材料制成，可用于加速、减速及改变方向。在接近金星之前的约半年中将 反复进行太阳帆试验，未将来开发深空探测器积累经验。53 太阳帆推进器太阳帆推进的机理是利用太阳光的光压产生推力进行宇宙航行，考虑每个光子的动量I 为: I=hv/c式中，h为普朗克常数;v为光波频率;c为光速。如果每秒钟有N个光子垂直 撞击在物体上，并被完全反射回去，则物体获得的动量增量(即光压)为2N-h-v/c0在地球附 近，绝对黑体受到的太阳光压为p0=4.5

39、7x10-6N/m2o如果太阳光以。角照射在面积为S的 太阳帆上，并被反射回去，则太阳帆产生的推力为酊=2p0 S(R0/R)2cos伽式中，R0为地球 到太阳的距离;R为太阳帆到太阳的距离。如果帆的面积为2平方米，则太阳光只能产生1 毫克推力。这种推力虽然很微小，但在没有空气阻力的太空，却会使太阳帆不断加速，可以 从低轨道升到高轨道，甚至加速到第二、第三宇宙速度，飞离地球，飞离太阳系。根据计 算,直径为300米的太阳帆，可使重0.5吨的航天器在200多天内飞抵火星。54磁场帆推进技术与太阳帆不同的是，磁场帆是由太阳风提供推动力，而不是由光线提供推动力。太阳风 是一种拥有自己磁场的带电粒子流。科学家提出，在太空飞船周围制造一个与太阳风磁场 相排斥的磁场，这样就可利用磁场的排斥力推动太空飞船飞行。与此相 近的相关技术还有 “太空蛛网”技术，这种技术就是在太空飞船周围延伸出一个带正电的电网，这样的电网 可以与太阳风中的大量的阳离子相排斥，从而获得推进力。不管是磁场帆，还是“太空 蛛网”技术，都是在利用磁场进行“冲浪”，磁场力使得太空船能够改变轨道，甚至