一种以激光为基础的新型“光帆”航天器，能以20％的光速航行

一项新的研究发现，“太空飞船”可以使用类似于CD或DVD外貌的帆，来资助它们保持在激光束的中心，然后飞向遥远的恒星。

由化学反映驱动的传统火箭是现在太空推进的主要形式。然而，它们的效率远不足以在人的一生中到达另一颗恒星。例如，虽然半人马座阿尔法星是离地球最近的恒星系统，但它距离地球仍有4.37光年，相当于41.2万亿公里多，是地球到太阳距离的27.6万多倍。美国宇航局的旅行者1号探测器于1977年发射，2012年抵达星际空间，如果探测器的偏向正确，它需要约莫7.5万年的时间才气抵达半人马座阿尔法星。

现在宇宙飞船使用的所有推进器的问题是它们携带的推进剂有质量。远程旅行需要大量的推进剂，这使得航天器很重，反过来又需要更多的推进剂，这使它们更重了。宇宙飞船越大，这个问题就越严重。

此前的研究讲明，“光航行”可能是在人类有生之年将探测器送到另一颗恒星的唯一技术上可行的方法。只管光不会发生太大的压力，但科学家们恒久以来一直认为，光发生的一点点压力可能会发生重大影响。事实上，大量的实验讲明，只要有足够大的镜子和足够轻的飞船，“太阳帆”就可以依靠阳光来推进。

2016年宣布的一项耗资1亿美元的“突破摄星计划”，计划向半人马座阿尔法星发射大量微芯片巨细的宇宙飞船，每艘飞船都配有很是薄、反射性极强的帆，由有史以来最强大的激光推进。根据该计划，他们将以光速20%的速度航行，约莫20年后到达半人马座阿尔法星。

使用激光帆的一个问题是，如果激光帆偏离了推进激光束的偏向（在“突破摄星”计划中激光束将以地球为基地），它们可能会偏离目的。现在，科学家们已经设计并测试了一种新的帆，这种帆在原理上可以自动地在所需的几分钟内保持在激光束的中心，使航天器能够在星际旅行中保持航向。

这种新型的结构依赖于一种被称为衍射光栅的结构，这种结构最常见的版本泛起在CD和DVD中。衍射光栅是一种外貌笼罩着一系列规则距离的狭缝，它们可以散射或衍射光，使差别波长或颜色的光向差别偏向流传。

在CD或DVD上的记载是以差别长度的微小凹坑的形式编码的，这些凹坑排列在相同宽度和相同距离的行中，激光束可以扫描这些磁盘来读取数据。这些行在CD和DVD的镜面上形成一个衍射光栅，可以将白光剖析成许多颜色，形成人们可以在这些光盘上看到的彩虹图案。

研究人员制造了一个由两个衍射光栅并排放置的帆。每个光栅都是由排列整齐的液晶组成的，这些液晶包罗在一张塑料薄膜中。以前的光帆设计就像镜子一样将光束反射回光源。在新的设计中，每个衍射光栅中的液晶使光线以一定的角度偏转，发生的力使帆向后和侧向运动。

新帆左侧的光栅将光束偏转到激光束的右侧，而右侧的光栅将光束偏转到左侧。如果船帆漂移，激光束落在船帆的双方，就会把船帆推回原来的位置，光线就会落在船帆的中心。

在对他们的实验帆的测试中，科学家们必须检测出帆在激光作用下发生的微小力，同时将这些力与诸如发生振动或气流的扰动区离开来。研究人员乐成地探测到帆发生的重新放心的力，将它推回到与激光束对齐的位置。实验效果与理论预测一致，这是很是令人满足的。

研究人员现在正在试验一种船帆，如果船帆向任何偏向漂移，而不只是向左或向右，船帆就能自动居中。研究人员建议，未来他们的帆可以在国际空间站或地球周围的小卫星上举行测试。