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一枚联盟FG火箭从拜科努尔航天发射场的加加林起点（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，也使得星际旅行显得异常困难。

如果航天器不需要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。

旅行者号航天器成功利用引力弹弓效应探索了外行星。

图片来源：美国国家航空航天局喷气推进实验室

引力助推用燃料换取时间

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，使其获得行星轨道动量的一小部分，无需燃烧燃料即可加速。

旅行者号曾利用这一策略到达所有四颗外行星。

它的主要限制在于时机：所需行星必须正确排列，因此发射机会很少，且可行路线受限。

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，无需燃料就能缓慢但持续地加速。

日本的IKAROS探测器曾成功演示了这项技术，仅依靠太阳光就抵达了金星。

然而，太阳帆需要巨大、轻如蛛丝的材料，这些材料必须在恶劣的太空环境中存活多年，且其性能会随着与太阳距离的增加而显著下降。

伊卡洛斯（IKAROS），这颗展示了太阳帆技术的日本卫星。

图片来源：日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）

磁帆采用不同的方法，利用超导线圈产生强大的磁场来偏转太阳风——从太阳持续流出的带电粒子流。

通过推动这种等离子体，磁帆不消耗推进剂就能产生推力。

它们可能比太阳帆提供更好的加速度，且不会像反射膜那样随时间退化。

问题在于？产生所需的磁场需要巨大的超导线圈，其半径可能达到50公里，并且需要维持在低温环境下。

建造和部署此类结构的技术目前根本不存在。

电帆是一种较新的变体，它使用带电系绳而非磁场来排斥太阳风质子。

这类系统有望比磁帆更轻，但它们同样需要部署极长的轻质导线，并且需要大量电力来维持必要的电荷。

每种方法都有其取舍

每种无推进剂方法都有独特优势，但也面临着不同的工程难题。

引力助推目前可行，但需要精确的行星排列。

太阳帆能提供稳定推力，但需要大型且精密的结构。

磁帆和电帆可避免材料退化，但所需技术仍在研发中。

该综述明确指出，没有哪一种单一方法能解决所有挑战，但这些方法结合起来可能从根本上改变我们探索太阳系及更远空间的方式。

对于真正雄心勃勃的星际空间任务而言，不携带推进剂可能不仅是有利的，甚至可能是绝对必要的。

参考文献10.1016j.actaastro.2026.01.024

改编自最初发表于《今日宇宙》的一篇文章。

相关知识

星辰是宇宙中闪烁的天体，包括遥远的恒星、环绕行星的卫星，以及偶尔划过天际的流星。

它们在黑暗中散发微光，曾是古人辨别方向的指南，也承载着人类对宇宙的好奇与想象。

每一颗星辰都有自己的故事，有的诞生于星云坍缩，有的在星系间流浪，是浩瀚宇宙写给地球的浪漫诗篇。

BY: Mark Thompson, Universe Today

FY: AI

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