图：E-Sail技术的概念图（图片来源：NASA网站）
据美国国家航空航天局网站2016年4月12日报道，近日，美国国家航空航天局（NASA）马歇尔太空飞行中心开始测试一种被称为“电动帆”的变革性深空推进系统概念，这种推进系统能以更快速度将航天器送往太阳系边缘，即太阳风顶层。
该测试结果将为“太阳风顶层静电快速运输系统”（HERTS）提供建模数据。HERTS系统的构建基础是芬兰气象研究所派卡•鉴胡能博士发明的电动帆技术。这电动帆是一种不需要推进剂的推进系统，利用太阳风进行星际空间旅行。
马歇尔先进概念办公室工程师、E-Sail项目主要研究者布鲁斯•魏格曼表示，太阳风是太阳以极高速度（400-750千米/秒）释放的质子和电子流，E-Sail将使用这些质子推进航天器飞行。E-Sail由10-20根带电的裸露铝线组成。这些电线从航天器中心向外延伸，形成巨大的圆形电动帆。带正电的电线通过静电作用排斥快速移动的太阳风质子，这种过程会产生动量交换，从而为航天器提供推进力。每根电线都极细，只有1毫米，并且非常长，将近12.5英里，相当于219个足球场。随着该航天器以每小时1圈的速度缓慢旋转，离心力将使这些电线延伸到合适位置。
该测试在高强度太阳环境测试系统中进行，旨在评审质子和电子与带正电电线碰撞的比率。在模拟太空等离子体的受控等离子体反应室内，测试团队使用不锈钢电线模拟轻质铝线。尽管密度比铝大，但不锈钢的防腐性可模拟铝在太空中的性能，从在不会降级的条件下进行更多测试。工程师正在测量反应室内质子在通电电线影响下的偏移情况，以改进建模数据。这种建模数据将按比例放大，并用于未来E-Sail技术的研发。这些试验还在测量电线所吸引的电子量。这些信息将用于为所需电子枪或电子发射器开发技术参数。电子枪或电子发射器将从航天器排出过剩电子，以维持电线的正电偏压，而这种正电偏压是使电线作为推进系统运行的关键。
目前，E-Sail综合推进系统所需技术尚处于较低的技术成熟度。经过当前为期两年的研究之后，如果等离子测试、建模和电线部署器研究的结果证明该技术有价值，该项目仍然有大量工作要做，以设计和建造这种新型推进系统。该技术距离实际应用至少还有十年时间。
E-Sail技术拥有以下特点：
长期持续加速缩短旅行时间。为了使科学探测器进行深空旅行，电动帆将必须具有大有效面积。空间旅行通常以天文单位（AU）或地日距离来测量。当航行距离为1个AU时，电动帆有效面积约为232平方英里（比芝加哥略小）；5个AU时，有效面积将增至463平方英里以上（近似于洛杉矶的城市面积）。有效面积的增加将使电动帆能比其他推进技术更长期的持续加速。例如，当太阳帆航天器抵达5个AU远的小行星带时，太阳光子能量会逐渐消散，从而停止加速。魏格曼认为，太阳风质子不会出现这类问题，E-Sail会在更远的深空继续加速。伴随持续的质子流和不断增加的有效面积，E-Sail将持续加速到16-20个AU的距离，这一距离至少比太阳帆远三倍，将实现更高速度。
2012年，NASA“旅行者”一号成为首个穿过日球顶层并抵达星际空间的航天器。“旅行者”一号于1977年发射，花费了将近35年才完成121个AU的旅程。而HERTS的目标是通过研发电动帆，在1/3的时间内完成相同的旅程。魏格曼称，研究工作已显示出，由电动帆驱动的星际探测器任务可在不到10年内航行至日球顶层，会对这些任务的科学回报带来变革性影响。
可扩展性。魏格曼表示，通过研究此概念，能越来越清楚地认识到其设计具有灵活性和适应性。任务和航天器设计者可权衡电线长度、电线数量以及电压等级，以适应任务需求，执行行星、外行星或日球顶层任务。E-Sail具有可扩展性。
可操纵。在航天器旋转时，可通过分别调整电线的电压来操纵航天器。通过影响E-Sail不同部分受力的差异，工程师可操纵该航天器，就像船帆一样。
HERTS的E-Sail概念研究是为了响应美国国家科学院2012年太阳物理学十年研究项目。该研究项目由NASA、工业界、学术界和政府机构专家执行，将先进推进技术确定为未来日球层探索的主要技术难题。该研究项目为NASA提供了太阳物理学领域2013-2022年的优先事项路线图，突出了对能以更快速度抵达太阳系边缘的推进系统的需求。E-Sail概念的研发和测试由NASA空间技术任务理事会的“创新先进概念”（NIAC）项目资助。在2015年NIAC项目中，该概念被选定作为第二阶段提案，HERTS团队被授予50万美元的合同，以进一步测试电动帆技术。这不仅有可能改变NASA前往日球顶层的空间运输方法，而且有可能改变太阳系内部任务的空间运输方法。（冯云皓 编译）
