无推进剂航天器技术如何助力人类探索星辰

一枚联盟FG火箭从拜科努尔航天发射场的加加林启动台（15号发射工位）发射。图片来源：比尔英戈尔斯

未来的航天器或许可以通过从行星、阳光和太阳风中获取动量而非使用机载燃料来飞得更远。

每一种传统火箭都面临着同样的问题：它必须携带用于推进自身的物质。自从康斯坦丁齐奥尔科夫斯基提出火箭方程以来，航天器一直通过燃烧燃料并向后喷射来依据牛顿第三定律向前运动。

但是添加推进剂也会增加重量，这就需要更多燃料来加速更重的飞行器。这种复合负担对任务造成了严重限制，使得星际旅行显得异常困难。如果航天器可以不携带推进剂就能移动呢？

一篇全面的综述通过研究太空飞行的无推进剂推进技术来探索这种可能性。这些方法不依赖化学燃烧，而是从太空中已存在的力中获取能量或动量，有可能支持传统火箭无法完成的任务。

旅行者号探测器成功利用引力助推探测外行星。图片来源：美国国家航空航天局喷气推进实验室

重力助推以燃料换取时间

引力弹弓是最成熟的无推进剂方法，几十年来一直用于引导航天器。工程师会在精心选择的时间和角度让航天器掠过行星，使其获取行星轨道动量的微小份额，无需燃烧燃料即可加速。旅行者号曾利用这一策略抵达所有四颗外行星。它的主要限制在于时机：所需行星必须正确排列，因此发射机会并不常见，且可行路线也受到限制。

太阳帆利用阳光和太阳风

太阳帆通过利用太阳光的辐射压力提供更持续、更便捷的推进力。这些巨大的薄膜通过反射光子产生推力，无需燃料就能缓