马斯克哭了，因为这款黑科技太阳帆要颠覆航天界！

大家好，今天我要给大家介绍一项颠覆性的全碳气凝胶超材料太阳帆技术，它可以让人类在短短26天内就能抵达火星！你没听错，就是26天！比马斯克正在打造的星舰快多了，而且不用花那么多钱。

首先，让我们回顾一下马斯克的星舰。虽然它很酷，但它的速度实在太慢了。半年多时间才能飞到火星，而且据说已经烧了30亿多美元，但它还在地球上呢！相比之下，这款全碳气凝胶超材料太阳帆技术简直是太神奇了！

那么，这款太阳帆到底是什么呢？简单来说，它是一种由碳纳米管和石墨烯组成的超轻、超强材料，可以吸收太阳光并转化为推力。这意味着它可以使用太阳能来驱动飞行器，而且速度还超级快！

全碳气凝胶太阳帆到达火星仅需26天

近日，提交给《宇航学报》（Acta Astronautica）的一项研究（目前可在arXiv预印本服务器上获得）探索了使用航空太阳帆前往火星和星际空间的潜力，这可能会大大减少此类任务所需的时间和燃料。

这项研究是在许多组织正在进行的关于太阳帆使用的研究中进行的，同时也伴随着行星学会成功的光帆2号任务，并有可能为长期太空任务开发更快、更有效的推进系统。

“太阳帆推进有可能能够在整个太阳系快速运送有效载荷在亚千克级的小型货物，” René Heller博士告诉《今日宇宙》。他是马克斯普朗克太阳系研究所的天体物理学家和该研究的合著者。“相比于传统的化学推进，它可以将数百吨有效载荷送入近地轨道，并将其中很大一部分送入月球、火星，以及更远的地方，这种量级的载荷听起来小得有些荒谬，但是太阳帆技术的关键价值在于其速度。”

与传统火箭不同，传统火箭依赖于燃料推进，太阳帆则利用太阳能推进，巨大的帆能捕获很多太阳光子就就像风帆在水上航行时迎风前进一样。太阳帆展开的时间越长，捕获的太阳光子就越多，这将使宇宙飞船的速度逐渐增加。

在这项研究中，研究人员对太阳帆的运动速度进行了模拟。该太阳帆重1kg（2.2磅），其中720g是全碳气凝胶，太阳帆展开后的面积高达104平方米，可以到达火星和日球层顶。在模拟中，科学家们展示了太阳帆两种轨迹的不同效果：一种是直接向外转移法，一种是向内转移法。

直接向外转移法是将太阳帆直接从绕地球的极地轨道展开和离开，研究人员确定，在火星对日（即位于地球和太阳中间时）时，太阳帆展开和离开地球，将得到最佳的速度和旅行时间。同样的极地轨道部署也应用于日球顶层轨道。

向内转移法是指用传统的燃料火箭将太阳帆发送到距离太阳大约0.6天文单位（AU）处，然后太阳帆再展开继续向火星或日球顶层行进。

那么全碳气凝胶太阳帆是如何使这种旅行变得可行的？

“全碳气凝胶的密度很低，每立方米只有0.18kg，比所有传统的太阳帆材料都更加轻质，”德累斯顿理工大学的研究助理该研究的作者Julius Karlapp告诉《今日宇宙》。“相比于传统的太阳帆材料，如金属化聚酯薄膜，全碳气凝胶的密度轻了整整四个数量级。假设太阳帆产生的推力直接与帆的质量相关，那么这意味着用这种超材料制成的太阳帆板可以产生更大的推力。此外，全碳气凝胶的机械性能也十分出色，这让它成为了太空探索的理想材料。”

通过这些模拟，研究人员发现，太阳帆采用直接向外转移法仅需26天可到达火星，而采用向内转移法则需要126天才能到达火星，因为需要先将太阳帆飞船用传统火箭发射到距离太阳0.6天文单位处，然后太阳帆展开飞向火星，这个过程需要103天。

到达日球顶层，两种方法的结果分别是5.3年和4.2年，同样向内转移法需要用103天先将太阳帆飞船用传统火箭发射到距离太阳0.6天文单位处。太阳帆用向内转移法到达日球顶层时间更快的原因是：采用向内转移法，太阳帆在300天时即可达到最大速度，而向外转移法则需要两年左右。

当前的飞行器到达火星的时间最快需要7到9个月，而且还需要在地球与火星的距离相对最近时发射，而这个发射窗口期每26个月一次。预估当前飞行棋到日球层顶的旅行时间，可以参照美国宇航局的旅行者1号和旅行者2号探测器，这两个飞行器到达日球顶层的时间分别为35年左右和41年左右。

研究人员指出，使用太阳帆的一个主要问题在于到达目的地，特别是火星时，太阳帆如何减速，虽然他们提到空中捕获是一种解决方案，但还需要进一步研究。

“双曲线轨迹（比如从地球到火星）的空中捕获动作是利用大气层的拖拽逐渐降低飞行器的速度，”德累斯顿工业大学物理学家和太空教授Martin Tajmar博士告诉《今日宇宙》，他也是这项研究的共同作者。“这样以来，进入火星轨道所需的燃料更少。我们利用这个制动机制，就不需要额外的制动推进器，这反过来又减少了航天器的重量。我们目前正在研究哪些替代策略可能对我们有用，而制动方法只是我们面临的众多挑战之一。”

NASA早在20世纪70年代就提出了太阳帆技术，太阳帆技术最新的应用案例是NASA的太阳巡洋舰（Solar Cruiser），它将在2025年以1.8万平方英尺（约1700平方米）的巨帆驶向太阳。

总之，全碳气凝胶超材料太阳帆是太空探索领域的一项重大突破，将会对未来的太空探索产生深远的影响。太阳帆是一种利用太阳光子或光束推动力的技术，类似于帆船靠风力航行。但是，太阳帆使用的“帆”是由碳气凝胶制成的，轻巧高效。太阳帆技术的重要性在于速度，虽然它只能携带非常小的有效载荷，但它在整个太阳系内快速运送小型有效载荷（公斤以下）具有巨大潜力。

假若全碳气凝胶太阳帆真的问世，又将带来哪些影响？

虽然说全碳气凝胶太阳帆，目前只存在于德国科学家的模拟实验之中，但是这次模拟都已经成功了，未来真正实现的那一天还会遥远吗？

不过真要是到了那一天，全碳气凝胶太阳帆真的问世的话，又将在世界范围内产生怎样的影响呢？

首先可以肯定的是，在技术层面上，必然会引起新一轮的变革。在未来庞大又笨重的探测器可能已不再是主流，取而代之的则是由全碳气凝胶制造的太阳帆。

更进一步来说的话，太阳帆的问世，也说明人类利用光压的技术已经成熟了，更清洁环保的能源也能够为人类所用，我们现在所头疼的能源危机，也再也不是一件难事了。

其次，在世界范围内，各国之间在太空领域的竞争上，也会变得更加激烈。

谁能先一步掌握全碳气凝胶太阳能的生产方法，谁就能在未来对太空的探索更进一步，谁就能在未来制霸整个太空。

在这样的雄心壮志之下，想必有实力的大国都会不甘人后，争先研发出更先进更轻薄的太空探测器。

科技技术的进步，也将促进人们对于宇宙的认知和了解，说不定在不久的未来，人类真有可能在别的星球上发现外星人的存在，又或者，人类移居到别的适宜生存的星球上生活。

虽然这项技术目前还只停留在PPT上，但一旦解决了如何把这种气凝胶做成太阳帆并部署到太空的难题，它将为未来的太空探索开辟新的可能性。初期可能只能把极小的载荷送到火星、土星、木星等地，科学探测的能力可能极为有限。但是，一旦突破这些问题，太阳帆的优势在于可以大量生产，并且容易部署到轨道上，形成一个巨大的网络，对整个太阳系进行监测。

不论是从科技层面，还是从大国太空领域的竞争上面来讲，都是朝着更高级更先进的方向发展的，站在模拟的角度上仰望未来，说不定在不久的未来，全碳气凝胶太阳帆真的能够问世。

文章来源： 气凝胶产业，财富广场V个，科普启示录，科技六六