当石墨烯遇上光,飞行器不用燃料也能飞

发布时间 : 2018-04-26     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  在电影《阿凡达》中,人类乘坐巨大的宇宙飞船飞抵4光年外的星球,这个飞船不需要化学燃料,而是用一个巨大的太阳帆作为动力装置。
  电影中的场景或将成为现实。我国科学家在研究中发现,当石墨烯遇到光的时候,会产生巨大的驱动力。如果使用这种材料的动力装置,将来飞行器不用燃料也能飞行。



△太阳帆示意图

飞行器寿命受制于推进剂


  据中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)研发中心设计师宋盛菊介绍,传统飞行器大多采用化学推进剂为动力驱动,由于其携带的推进剂总量有限,飞行器的寿命也有限。当推进剂耗尽后,飞行器的生命也就终结了。
  特别是执行一些远距离、长时间飞行的深空探测、星际往返任务时,飞行器必须携带更多的燃料,这样其重量也大幅增加,而要提升运载能力技术难度更大。
  对此,国际上相继研究了多种新型高效的发动机,并用于空间飞行任务,但它们依然无法摆脱被燃料束缚的命运,飞行器的寿命仍受到制约。动力源问题一直影响着人类进入更深远太空的脚步。


光驱动是进入空间的理想动力


  利用自然界的光驱动飞行一直是人类进入空间的理想动力。在以往的大量研究中,科学家试图利用“光压”获得动力(“光压”是射在物体上的光所产生的压强,利用太阳帆等设备,收集太阳光的光压而产生驱动力),然而来自光压的驱动力微乎其微,远不能满足航空和航天的负载要求。
  宋盛菊介绍,已有研究表明,有一种特殊的石墨烯材料,可在光的照射下有效驱动飞行,其获得的驱动力是传统光压的1000倍以上。这意味着,“光动”飞行或将成为可能。
  石墨烯光驱动最大的优势在于,它不受光源种类的限制,包括太阳光在内的各种光源都可以产生驱动力,并且宇宙中太阳能的能量是无限的。这意味着,或许将来飞行器不用燃料,只要携带一个石墨烯材料制成的帆板,就能上太空了。
  宋盛菊介绍,石墨烯光驱动将为火箭动力系统设计带来颠覆性的思想变革,这项技术将为人类探索未知宇宙空间打开又一扇大门。但该技术目前还处在实验室阶段,距离工程实践还有很长的距离。
  目前,火箭院也在开展相关研究,通过理论方法与数值模拟相结合的手段,对石墨烯光驱动机理进行了初步研究,并成功设计了一种光推进石墨烯复合材料薄膜,为下一步开展深入研究奠定基础。

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