神奇的火箭飞行器，也不需要任何的燃料的飞行器

无需燃料，也不用火箭作推力，仅凭一张帆，太空飞船就像帆船一样扬帆航行在浩瀚的太空——这听起来不可思议，但却并非科幻。

一面巨大的反射镜

太阳帆是什么?简言之，太阳帆就是由一面巨大的薄膜做成的反射镜，用来拦截太阳光，利用太阳的光压(也叫“辐射压”)作为推力，推动飞船前进。当然，它也可利用其他光源如地面发射的激光等作推力，在后面的情况下，它又被叫做“光帆”或“光子帆”。

那么，什么是光压?如果你把手伸到阳光下，

你会有什么感觉?你一定会感觉到“热”。其实，除了热还有压力，这就是光压，只不过光压是如此之小，以至于在你整个的手掌面积上只有百万分之一盎司(1盎司等于28.35克)，因此你是不可能感觉到的。

或许有人会问：光压那么小，何以能推动飞船前进?这是因为：其一，在一切时间内都有太阳光提供光压，飞船时时有能量增加，涓涓细流最终汇成大海；其二，飞船几乎在洁净的真空中飞行，那里只有很小甚至没有阻力阻止飞船前进。

1867年，法国著名科幻作家儒勒·凡尔纳在其小说《从地球到月球》里提出一个重要概念：光压有机械力，可以推动机械。1873年，著名的行星运动定律发现者、德国天文学家开普勒的一项发现，

使光压从科学幻想走进科学殿堂。开普勒在观测彗星时发现，彗尾好像被什么东西吹动了。由于当时的欧洲人热衷于发展航海事业，对风吹帆船在海上航行非常熟悉，开普勒由此联想到，也许正像风推动海中的帆船，彗尾的移动是由太阳的“微风”造成的。据此，他设想：如果能制造出可利用“空间空气”的船和帆，就可以在空间进行滑翔。他进一步设想：推进太阳帆的最好方法不是用太阳风，而是用太阳光本身的力。这个“太阳光本身的力”就是光压。

后来，著名物理学家麦克斯韦在研究电磁波时发现，

光也是电磁波，可见光是我们的眼睛看得见的电磁波。1873年，他用实验证明，光子从反射面上弹起时，太阳光对反射面施加了一个“柔和的压力”。所谓“柔和”，是指压力很小。

太阳光的光压究竟有多大呢?据测量，在太阳到地球的距离上，太阳光照射在空间1平方米面积上的能量为1.3～1.4千瓦。在物理学上，经常将这个能量除以光速(每秒30万千米)得到一个新的物理量——动量，再由单位时间内动量的变化来计算太阳光的压力。用这种方法计算出的太阳光的压力非常小。作用在每平方千米太阳帆反射面上的压力只有9牛顿。9牛顿的推力虽然很小，但在高度真空、清洁的空间，由于没有明显的摩擦力干扰，它仍能发挥巨大的推动作用，让飞船在太空扬帆远航。

关于光压的作用，1960年，美国宇航局发射“回声-1号”卫星。这是一颗直径为40米的巨大的气球卫星，体积大，重量轻。每当它出现在天空时，用肉眼也能看得很清楚。

还有一个例子。1974年，美国宇航局发射了一艘水星考察飞船——“水手-10号”。水星最接近太阳，周围有很强的阳光，是进行太阳帆试验的最好去处。飞船控制者设想用太阳的光压对飞船进行高度控制，结果收到良好效果，由此进一步证明了太阳帆原理。

自由穿移在太阳附近

太阳帆是用什么材料制成的?又是怎样发射和安装的呢?

材料　用来制作太阳帆的材料要求具有重量轻、反射性能好、耐高温和抗老化等特性，目前主要有镀铝的聚酯薄膜、有孔的薄铝网、镀铝的聚酰亚铵薄膜和镀铝的CP-1膜等，最常用的是镀铝的聚酰亚铵薄膜。由于耐高温，太阳帆可以在太阳附近自由穿梭。

设计　与时大时小的空气动压不同，太阳的辐射压很小，而且是固定的。因此，拦截辐射压的太阳帆一定要满足质量很轻、推力很大的要求。为此，在设计太阳帆时，需要考虑有最高的推力与质量比。

美国科学家用30～100纳米厚的薄铝片制造了一张试验用太阳帆，其推力为塑料薄膜帆的10倍以上。但由于材料太脆，不能安全地折叠、发射和展开，只能在空间生产。

在地面上也制造出了最高推力与质量比的太阳帆，这就是方形帆。这种帆用四根杆子将帆的四角张开，中间用一根杆子安装引线，杆子和引线都安装在帆的背光面。这种太阳帆的优点是具有防护太阳的结构，可以非常近距离地接近太阳，从而获取最大的推力。

20世纪70年代以来，美国科学家还研制出旋转薄片帆、旋转环形帆、环形帆、“直升飞机”帆以及电子太阳风帆等多种太阳帆。它们各具优点，也各有缺点，需要进一步完善。

发射　太阳帆因为使用的材料很脆，容易破裂，绝对不能直接从地面发射。发射太阳帆的方式有三种。一是先将太阳帆发射到太空，然后在太空展开，这样做需要两艘飞船。二是用卫星或其他飞船提供微波波束或激光光束在太空展开太阳帆，具体做法是：把这些成束的能量发射到太阳帆附近空间，在太阳帆穿过时为它提供第二能源。三是在发射时用微波波束推动太阳帆，发射后用可膨胀暴涨系统将太阳帆展开，然后用激光光束推动太阳帆飞行。

安置　来自于太阳或其他辐射源的光压由反射镜反射。作用在反射镜上的光子推力如同自然界其他力一样是矢量，即具有大小和方向两种属性。推力的大小和方向，同反射面与太阳的相对位置有关。当太阳光垂直入射到反射面上(称为正射)时，太阳光的压力全部用于推击反射面；当太阳光不是垂直入射，而是以一个角度入射到反射面(称为斜射)时，根据光反射定理，光线将被反射出去，反射光与反射面所成角度等于入射光和反射面所成角度，在这种情况下，只有投影到垂直于反射面的那部分太阳光的压力推击反射面，变成推动太阳帆前进的动力。

如此看来，太阳光入射太阳帆反射面的最佳方式是正射，但这实际上是不能实现的。因此，太阳帆通常置于斜射位置上，入射角的大小以使得飞船飞行方向的推力分量得到最佳数值来确定。

太阳帆的制作和安置是一件非常严密的工作，只有用理想材料制成太阳帆，并正确地装配在飞船上，才能很好地获取太阳光压，推动飞船在浩瀚的太空中前进。