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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
1 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。
2 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。
延伸阅读：
太阳帆是什么？为什么太阳帆能飞行？ 太阳帆利用光压和辐射压作为动力 一、什么是太阳帆？什么是辐射压？ 什么是太阳帆？太阳帆是一种不带机械动力装置的轻便航天器，它像帆船利用风的压力前进一样，利用太阳光的压力，作用在帆上来加速宇宙飞行器。 什么是光压？ 那么，光有压力吗?回答是肯定的。当彗星飞近太阳时，彗星上的部分物质升华和蒸发为气体，形成一条总是背向太阳的尾巴，就是太阳光的压力作用的结果。从理论上来说，光是光子形成的，每个光子都有一定的动量。当光子撞在帆上被吸收时，按照动量守恒原理，帆就会获得动量增量，这就是光的压力。如光子被反射，压力还会增加。当然，光压是非常小的。在地球上，一个绝对黑体，即光被完全吸收的物体，太阳光的压强不到一百亿分之一个大气压。但在太空真空中，太阳光压仍能发挥作用。早在20世纪20年代，齐奥尔科夫斯基就提出了太阳帆的概念。 二、“太阳帆”的动力源于太阳微弱的辐射压 光压虽然很小，但可以长期不间断地作用。理论研究表明，在进入太空的航天器上拉起一张巨大的帆，可为航天器提供10万分之一到千分之一地球重力加速度(g)。 太阳时时刻刻都在向外产生辐射 如果太阳帆的直径增至300米，其面积则为70,686平方米，由光压获得的推力为0.034吨。根据理论计算，这一推力可使重约0.5吨的航天器在二百多天内飞抵火星。若太阳帆的直径增至2000米，它获得的1.5吨的推力就能把重约5吨的航天器送到太阳系以外。 由于来自太阳的光线提供了无穷尽的能源，携有大型太阳帆的航天器最终可以以每小时24万公里的速度前进。这个速度要比当今以火箭推进的最快航天器快4-6倍。即比第二宇宙速度快6倍，比第三宇宙速度快4倍。 三、目前唯一的太阳帆船：日本的“伊卡洛斯”号 日本的“伊卡洛斯”号（IKAROS）是目前唯一一艘在宇宙中翱翔的太阳帆船。IKAROS于2010年5月21日用日本的H-IIA火箭和破晓号金星气象卫星以及其他四个小卫星一起发射。IKAROS 是世界第一个成功在行星际空间运作的太阳帆。该太阳帆的名字由日本航天工程师森治取名自希腊神话中的人物伊卡洛斯。 日本宇宙航空研究开发机构开发的试验性太空探测器：伊卡洛斯 IKAROS 每分钟旋转20至25次，直到2010年6月11日太阳帆完全展开为止。2010年7月9日 JAXA 确定 IKAROS确实是使用太阳帆进行加速，7月23日宣布姿势控制成功。 2010年12月8日，IKAROS在距离金星 80,800 公里处飞掠过，并进入延伸任务阶段。 结语、远航在未来的太阳帆船 当古老海洋上的“帆船”逐渐淡出我们视野的时候，它以一种新的形式凤凰涅槃，依靠太阳光芒产生的动力徜徉于浩瀚的星海当中。看过《三体》小说的网友应该对太阳帆（光帆）不陌生，里面就有提到这种技术。
来源：中国运载火箭技术研究院，石墨烯资讯编辑整理
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