科技日報記者 張夢然

《自然》13日發(fā)表的一項研究描述了一種新型“光泳”飛行器。該飛行器本質(zhì)是一類小型太陽能漂浮裝置，可攜帶儀器漂浮在大氣層高處。這種裝置無需傳統(tǒng)燃料即可維持飛行高度，為未來氣候監(jiān)測和火星探索開辟了新途徑。

“光泳”是一種氣體（或液體）中懸浮的顆粒被光加熱后產(chǎn)生的運動力。人們已經(jīng)知道這種原理超過百年，但直到近期才開始探索它的實際用途。在地球大氣層上層，空氣十分稀薄，“光泳”的力強到足以讓小型物體漂浮。但迄今為止，大多數(shù)實驗都集中在非常小而輕的材料上，將之擴展到更大、更實用的大型設(shè)備一直是個挑戰(zhàn)。

美國哈佛大學研究團隊此次設(shè)計建造了一種新型飛行結(jié)構(gòu)，由兩片薄而多孔的膜通過微小的垂直支撐連接而成。結(jié)合計算機建模和實驗室實驗優(yōu)化“光泳力”后，他們制作了一個寬1厘米的圓盤，能夠在與高空陽光強度相當?shù)墓庹障聭腋　?/p>

團隊還提出了一種3厘米寬的版本，計算機模型顯示它白天在75公里高空能夠攜帶10毫克的載重，這足以負載包含射頻天線、太陽能電池和集成電路的小型通信系統(tǒng)。團隊模擬了12433個此類裝置的懸浮飛行，其向上推力由熱對流氣流通過裝置膜上的434個微尺度孔洞產(chǎn)生。

這項新成果凸顯了“光泳”飛行作為監(jiān)測地球大氣甚至探索其他行星的一種工具的潛力。研究團隊認為，現(xiàn)在的火星運輸成本每公斤超過10萬美元，而相比專門的人造衛(wèi)星，光泳裝置在尺寸、重量和功耗方面均有顯著優(yōu)勢，未來可用于執(zhí)行傳感和通信任務(wù)。將來的設(shè)計可以包含導航系統(tǒng)、增加載荷能力和運行時長，以及執(zhí)行更大規(guī)模的任務(wù)。

總編輯圈點

這是被動式空中懸浮技術(shù)從理論邁向?qū)嵱玫闹匾徊?。團隊突破了“光泳”難以擴展至實用裝置的瓶頸，使小型載荷在臨近空間長期運行成為可能。這為大氣監(jiān)測、環(huán)境傳感乃至高空通信提供了低成本、低功耗的部署方案。尤其值得關(guān)注的是其在火星探索中的前景：在稀薄大氣與充足光照的條件下，這類輕量化飛行器可規(guī)避傳統(tǒng)飛行器對復雜推進系統(tǒng)的依賴，大幅降低發(fā)射成本與任務(wù)風險。未來若能集成自主導航、能源管理與數(shù)據(jù)回傳系統(tǒng)，這類“智能微飛行器”或可在其他行星形成分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)廣域、持續(xù)的科學觀測。這不僅是微尺度物理與系統(tǒng)工程的完美結(jié)合，也向人們預示著，一場深遠的空中平臺革命正在來臨。