每个人都知道太阳能在地球上是免费的，而且几乎是取之不尽的。在太阳系内部运行的航天器也是如此。但在太空中，太阳能做的不仅仅是提供电能；它还会释放出源源不断的太阳风。

太阳帆可以利用风力为航天器提供推进力。美国宇航局即将测试一种新的太阳帆设计，这种设计可以使太阳帆更加有效。

太阳的压力遍及整个太阳系。它随着距离的增加而减弱，但它确实存在。它影响到包括卫星在内的所有航天器。它极大地影响了长时间的太空飞行。

执行火星任务的宇宙飞船，在航行过程中会因太阳压力而偏离轨道数千公里。压力也会影响航天器的方向，而它们的设计就是为了解决这个问题。

虽然这是一个障碍，但太阳压力可以成为我们的优势。

一些太阳帆航天器已经发射和测试，从2010年日本的伊卡洛斯航天器开始。伊卡洛斯证明了太阳以光子形式产生的辐射压力可以用来控制宇宙飞船。

最近的太阳帆航天器是行星协会的光帆2号（LightSail 2），于2019年发射。光帆2号是一个持续了三年多的成功任务。

太阳帆航天器与其他航天器相比有一些优点。它们的推进系统非常轻，永远不会耗尽燃料。太阳帆航天器比其他航天器执行任务更便宜，寿命更长，尽管它们有局限性。

太阳帆的概念现在被证明是有效的，但技术需要进步才能真正有效。太阳帆航天器的关键部分是帆桁。吊杆支撑帆材料；它们越轻、越强，航天器的效率就越高。

虽然太阳帆比其他航天器轻得多，但帆桁的重量仍然是一个障碍。

“吊杆往往要么是沉重的金属，要么是由体积庞大的轻质复合材料制成的 —— 这两种材料都不适用于今天的小型航天器。”济慈·威尔基（Keats Wilkie）表示，他是美国宇航局ACS3首席研究员。

美国宇航局即将发射一种具有更好支撑结构的新型太阳帆。它被称为先进复合太阳帆系统（ACS3），比以前的吊杆设计更坚固、更轻。它是由碳纤维和柔性聚合物制成的。

尽管太阳帆有很多优点，但它们也有一个严重的缺点。它们是以小包装的形式推出的，必须在开始工作之前展开。这次行动充满了困难，给可怜的地勤人员带来了压力，他们不得不等待和观察，看它是否成功。

ACS3将与NanoAvionics公司制造的12单元（12U）立方体卫星一起发射。主要目标是演示吊杆的部署，但ACS3团队也希望这次任务能证明他们的太阳帆航天器是有效的。

为了改变方向，宇宙飞船使帆倾斜。如果吊杆部署成功，ACS3团队希望对航天器进行一些机动，使帆倾斜并改变航天器的轨道。目标是建造更大的帆，以产生更大的推力。

NASA艾姆斯研究中心ACS3首席系统工程师艾伦·罗兹（Alan Rhodes）说：“希望在这艘飞船上验证的新技术将激励其他人以我们甚至没有考虑过的方式使用它们。”

ACS3吊杆的设计是为了克服吊杆的一个问题：它们要么又重又薄，要么又轻又笨重。

美国国家航空航天局的济慈·威尔基说：“吊杆要么是沉重的金属，要么是由体积庞大的轻质复合材料制成的，这两种材料都不适合今天的小型航天器。”

“太阳帆需要非常大的、稳定的、轻便的、可以紧凑折叠的帆桁。这种帆的帆桁是管状的，可以压扁，像卷尺一样卷成一个小包裹，同时具有复合材料的所有优点，比如在温度变化时不会弯曲和弯曲。”

ACS3将由一枚电子火箭从新西兰火箭实验室的发射中心发射。它将前往距地球1000公里（600英里）的太阳同步轨道。

一旦到达，航天器将展开吊杆并展开帆。部署风帆大约需要25分钟，其光子收集面积为80平方米（约860平方英尺）。这比光帆2号要大得多，光帆2号的帆面积为32平方米（约340平方英尺）。

当它展开时，航天器上的摄像机将观察和监控它的形状和对称性。从演习中获得的数据将用于未来的风帆设计。

美国宇航局艾姆斯研究中心的首席系统工程师艾伦·罗兹说：“七米长的可展开的吊杆可以卷成一个适合你手的形状。希望在这艘飞船上验证的新技术，将激励其他人以我们甚至没有考虑过的方式使用它们。”

ACS3是美国宇航局小型航天器技术项目的一部分。该项目旨在快速部署展示独特能力的小型任务。

ACS3系统采用独特的复合材料和碳纤维吊杆，可以支撑2000平方米（约21500平方英尺）的帆。这大约是半个足球场的面积。

有了大帆，它们可以为任务提供动力的类型也会发生变化。虽然到目前为止，太阳帆还只是小型示范模型，但该系统有可能为一些严肃的科学任务提供动力。

“太阳将持续燃烧数十亿年，所以我们有无限的动力来源。我们可以发射更大的帆，而不是为未来的任务发射巨大的燃料箱，使用现有的‘燃料’。我们将展示一个系统，利用这一丰富的资源，在探索和科学领域迈出下一个巨大的步伐。”

太阳帆航天器没有化学或电力推进系统所具有的瞬时推力。但推力是恒定的，从未真正动摇过。

它们可以做其他航天器难以做到的事情，比如占据独特的位置，使它们能够研究太阳。它们可以作为日冕物质抛射和太阳风暴的早期预警系统，这些都会造成危险。

这种新型复合吊杆还有其他用途。由于它们重量轻、坚固、紧凑，它们可以作为月球和火星栖息地的结构框架。

它们也可以用来支持其他结构，比如通信系统。如果系统可以工作，谁知道，它还可以服务于其他什么应用程序呢？

“这项技术激发了想象力，重新构想了航行的整个想法，并将其应用于太空旅行，”美国宇航局艾姆斯太阳帆任务的项目经理鲁迪·阿奎利纳说。

“展示太阳帆和轻质复合吊杆的能力是利用这项技术激发未来任务的下一步。”

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