• 當石墨烯遇上光,飛行器不用燃料也能飛

    發布時間 : 2018-04-26     來源 : 中國運載火箭技術研究院新聞中心

      在電影《阿凡達》中,人類乘坐巨大的宇宙飛船飛抵4光年外的星球,這個飛船不需要化學燃料,而是用一個巨大的太陽帆作為動力裝置。
      電影中的場景或將成為現實。我國科學家在研究中發現,當石墨烯遇到光的時候,會產生巨大的驅動力。如果使用這種材料的動力裝置,將來飛行器不用燃料也能飛行。



    △太陽帆示意圖

    飛行器壽命受制于推進劑


      據中國運載火箭技術研究院(以下簡稱“火箭院”)研發中心設計師宋盛菊介紹,傳統飛行器大多采用化學推進劑為動力驅動,由于其攜帶的推進劑總量有限,飛行器的壽命也有限。當推進劑耗盡后,飛行器的生命也就終結了。
      特別是執行一些遠距離、長時間飛行的深空探測、星際往返任務時,飛行器必須攜帶更多的燃料,這樣其重量也大幅增加,而要提升運載能力技術難度更大。
      對此,國際上相繼研究了多種新型高效的發動機,并用于空間飛行任務,但它們依然無法擺脫被燃料束縛的命運,飛行器的壽命仍受到制約。動力源問題一直影響著人類進入更深遠太空的腳步。


    光驅動是進入空間的理想動力


      利用自然界的光驅動飛行一直是人類進入空間的理想動力。在以往的大量研究中,科學家試圖利用“光壓”獲得動力(“光壓”是射在物體上的光所產生的壓強,利用太陽帆等設備,收集太陽光的光壓而產生驅動力),然而來自光壓的驅動力微乎其微,遠不能滿足航空和航天的負載要求。
      宋盛菊介紹,已有研究表明,有一種特殊的石墨烯材料,可在光的照射下有效驅動飛行,其獲得的驅動力是傳統光壓的1000倍以上。這意味著,“光動”飛行或將成為可能。
      石墨烯光驅動最大的優勢在于,它不受光源種類的限制,包括太陽光在內的各種光源都可以產生驅動力,并且宇宙中太陽能的能量是無限的。這意味著,或許將來飛行器不用燃料,只要攜帶一個石墨烯材料制成的帆板,就能上太空了。
      宋盛菊介紹,石墨烯光驅動將為火箭動力系統設計帶來顛覆性的思想變革,這項技術將為人類探索未知宇宙空間打開又一扇大門。但該技術目前還處在實驗室階段,距離工程實踐還有很長的距離。
      目前,火箭院也在開展相關研究,通過理論方法與數值模擬相結合的手段,對石墨烯光驅動機理進行了初步研究,并成功設計了一種光推進石墨烯復合材料薄膜,為下一步開展深入研究奠定基礎。

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