善于缝制快速帆船的船帆曾经是我们的骄傲。今天只有仍在航行的运动帆船或教学帆船的船帆还是手工缝制的。近10年来，海上又出现了使用由电子计算机控制人工合成材料船帆的高性能运输船。这里所要介绍的是用来作宇宙航行用的帆船。到本世纪末，这种宇航帆船很有可能部分替代使用喷气发动机的助推火箭。

章杰尔（Φ. A. Цандep）早在1920年就提出了利用太阳光的辐射压推动船帆进行星际航行的想法，但是没过多久即被人们遗忘。直到70年代中期，美国和苏联才又重新研究这一技术及其装备。只有今天，上述思想才能真正得以实践。苏联、美国、英国、意大利、法国、西班牙及日本等科学技术先进的国家都在致力于使“宇宙航行”这个词恢复其本来的含义。

众所周知，提出利用上述推进形式制造宇航帆船实现宇宙航行的建议，是不久前的事。那时，美国国会正发起隆重庆祝发现美洲大陆500周年。这一奇特建议是当时专家们关注的焦点。美国总统组织了一个由车明托洛夫（ДЖ. Cайиинлтонoв）领导的纪念会筹备委员会，该委员会宣布特别征求能飞向火星的最好帆船，条件要求必须在1988年12月造成。造船专家估计它大约可在1992—1993年开始进入轨道。让一艘帆船升空，并沿着解拈螺旋线向月球运动，这怎么可能呢？即使是那种轻快的多桅小帆船，要想在地球的引力场中完成往明亮行星的航行，也是非常困难的。

我们这个研究组是1989年5月组建并开始工作的，受苏联科学院哥伦布委员会的领导。我们这个小组的成员中有苏联科学院科学生产联合公司从事“机器制造”的专家、苏联科学院所属俄罗斯青年创造者联合会会员、专门从事仪表研制的中央设计院及苏联科学院地磁、电离层与无线电传播研究所成员，莫斯科物理技术研究所及科学服务交流联合公司的研究人员。过去这段时间里，在巴查洛夫和拉弗立洛夫（В. С. Бaзaнов及А. Н. Лавр?нов）（青年创造者联合会会员）的领导下，设计了“勇士号”宇航帆船。它的帆面积为12万米²，总重量为458公斤，有效系数（在轨道上展开帆面以后，所得到的推力与太阳引力之比）不低于0.37。该系数不依赖于飞船所在位置及它是否处于最佳状态，但它是测定宇航帆船潜在运输能力的重要指标。直至1990年4月我们到华盛顿去兑现条件时，才发现我们的设计方案中各项技术指标原来都是最好的，处在第二名的是英国的凯姆比希康查尔塔斯（Кеибридж Консалтантс）号，它的有效系数为0.3。

1990年9月苏联与英国的有关人员签署了合作研究这种帆船基本结构，及共同进行发射苏联宇航帆船实验的协议书。目前，他们正在协调地面实验资料，并根据这些资料制造宇航帆船的各种船帆（金属化聚酰亚胺的，聚脂的，或其它材料厚度为5—20 mm的薄层船帆）。1991年春天，已在广阔宇宙中的苏联宇航轨道站《金刚石号》上进行了实际试验，并准备以后每周一次测量各种材料制成的帆的厚度、塑性、弹性及光学特性等。人们可以根据这些测量结果评价它在空中的稳定性、太阳辐射及别的有用因素，以便更好地选择适合于做帆的材料。

人们经常遇到，在竞赛的一开始，情况就已经发生了变化。由于经济上，特别是时间显得不够等原因，所有方案的领导人都不得已而降低了自己装置的帆面积和有效载荷，因此他们只能满足最低发送目标。美国、法国和日本的科学家决定先只完成第一阶段任务——到达月球。他们打算让自己的装置通过法国火箭《亚丽安－4》的帮助，在1992年起飞，经过一年落到月球背面。意大利的研究小组至今未公布自己的方案，令人难以捉摸。西班牙的科学家则拒绝参加法国的研究。苏联的研究小组，因为某些迫不得已的原因，只制造了一艘用于宇宙航行的最小帆船。

在什么时候，怎样把上述目标变成事实，目前还很难说。但是今天在与宇航有关的实业界、科学界、工程技术界对于利用太阳辐射压推动帆船实现星际航行的构想非常欢迎。

使用太阳光压推动的宇航帆船完成执行各种不同科学任务的宇航飞行，能很好地解决问题，或解决其中的大部分问题。应该强调的是，我们的方案是可以实现的。它的改进有待于某些部件比重的降低，及对整个系统的进一步研究，这些部件外形的改进也很重要。脱离地球引力场，在以地球为中心的轨道上运动

地球大气上层的阻力，对一个位于低轨道（高度为300~400公里）、横截面积为102米的普通人造卫星没有多大影响，但是它对一幅宇航飞船的船帆则能产生强大的阻力，甚至有可能将其撕毁。在较低的轨道上，可以使用仪器测出每个具体情况的相应参数。人们早已熟悉了的各种变化，大多不越过2千公里。在最低轨道以下相应区域里的太阳帆船，运行方向如果与轨道平行，就能正常运转并顺利进入轨道，它最早建立的轨道是一个过分拉长了的椭圆。作为最初的轨道（不论什么形状）应该完全达到或大部分达到2000公里高度。为节省时间，简化帆船操纵，更好地完成行星际旅行，我们可以把它预先运到任何高处，比如，相对于地面静止的轨道站上。

不论宇航帆船相对于太阳及黄道平面的方向如何，为尽快离开地球，船帆平面最好处于太阳光及其运动方向夹角的等分面上，构成矢量。这些矢量中的任何一个相对于太阳都有确定的方向和确定的速度，这些矢量在船帆平面的法线上，这样就能保证它在任何时刻都最大限度地获得推动力，并在所希望的方向上获得最高效率。为了保持这种状态，船帆在空中必须经常改变方向，帆船的角速度也将不断变化（因为地球周围轨道上宇航帆船旋转周期随轨道半径的增大而变大）。实际上采用这种方法是极端复杂的。这里只能作如下简单的描绘：假设宇航帆船的轨道就在黄道平面上，当帆船顺着太阳光的方向（即“背风方向”）运动时，船帆应垂直于太阳光线；而在返回途中，当其逆着太阳光方向（即“逆风方向”）运动时，船帆则应平行于太阳光线。假如轨道平面垂直于太阳光线，这时可让船帆处在与太阳光线成45°角的方向上（即“受前侧风”方向）。在轨道上转动一周须两次改变其方向，总之，需要根据在任意时刻的位置，轨道半径及轨道平面的倾斜度预先定出帆平面的各种不同状态。

离开地球以后，只要其螺旋轨道中的任何一圈中断，宇航帆船即进入环日轨道。其实在上述任意时刻，人们完成的操作，都不过是镜面反射。不过，我们的宇航飞船也有可能沿着螺旋轨线下降到最低高度。这些对它的航行与返回是很有用的，它们可能被重复使用无数次。为了进入别的行星轨道，它可以结束沿轨道外切线方向的运动。这很像人造卫星通过某一迹线进入或脱离运动轨道。宇航帆船返回的问题就是这样解决的。

地球轨道上的宇航帆船，只要合理采用人造卫星的轨道校正方法，就能把重物从中等高度轨道转移到更高的轨道上。或者相反，把它们从高轨道转移到中等高度的轨道上；还可以飞往月球。然而这种新推进装置的主要优点只能在太阳系的范围内表现出来。在黄道平面上航行

从地球引力场挣脱出来以后，我们的帆船相对于地球的速度极小，因此处在以太阳为中心的轨道上的宇航帆船与地球的速度一致。这时应该沿什么轨道运动，才能实现向其他行星航行的过渡呢？为了作远离太阳的运动，必须准确算出它脱离地球轨道的最佳位置。以便轻松地控制它，使其处在与太阳光成45°角的方向（再次承受“前侧风”），最后让它沿一条近似螺旋线的轨道轻快地驶过。这和绕地球飞行的情况十分相似。按这种弯曲轨道航行，叫做等角航线法。这时倒还真有点像哥伦布在驾驶着自己的旗舰呢。这条航线一直伸向外部行星或太阳系范围以外更遥远的地方。尽管是一条小小的帆船，它也能驶向火星。

值得注意的是，宇航帆船借助光压力在离开太阳及相反的方向上都能加速。为使帆面总处于固定角的方向，我们必须防止帆船仅只在轨道上转动。宇航帆船也可以沿着螺旋线螺旋下降，经过金星、水星，最终消失在日冕中。转速大约可高达400公里/秒。它当然可以携带装有放射性废料的集装箱降落到太阳上。这是一种非常适宜的方法，既不污染我们的行星，也不会造成放射性废料弥散在我们周围空间。

因为光压力与光照度成正比，所以在离开太阳时，光对船帆压力将按其与太阳距离平方成反比地减少。随着离太阳越来越远，其“发动机”——帆的效率也就越来越悲惨地下降。的确，在通往火星的道路上，《勇士号》总共要走3个月（平均值），到太阳需要三个半月。路程最短的是到普通自动行星星际站，即使这样也应考虑它绕地球轨道环行所需要的时间。《勇士号》到达冥王星甚至需要70年——与《先驱者》号比较，这无疑是很晚很晚的了。粗略估计帆船在螺旋形轨道上运动速度可知，它的法向投影和切向投影之比是不变的，等于该帆船的有效系数。由这两者构成的速度将随半径平方根的减小而减小。《勇士号》的法向分速度在太阳附近可达100公里/秒，在地球附近为10公里/秒，而在冥王皇附近只有1公里/秒，也就是说，宇航帆船在离太阳不远的地方效率较高。如果把它的有效范围画一个圆圈，在圆周上，它的法向分速度将下降到4~5公里/秒（这是《勇士号》在木星轨道附近所具有的法向分速度）。

如果一定要越出上述边界（比如，飞向遥远的行星或太阳系边缘）去建立新航线，这就需要我们的帆船储备充足的动力能源。它离开太阳照射的范围以后，还可以依靠惯性驶往目的地。为在航行途中积累更高的速度，应该让它尽可能地靠近太阳。完成参数共振条件下的振动。在宇航帆船顺着太阳光的方向运动并离开它时，我们应当让船帆垂直于太阳光线。宇航帆船每次通过这一加速区都能获得一定的加速度（这使我们想到回旋加速器原理），结果，它的振动振幅急剧增大，速度也迅速提高。经过若干次加速，它就能以10~100公里/秒的巨大速度“射向”太阳系的边缘地区了。反之，则需要确定该装置处于平衡状态的位置。船帆平行于太阳光放置，尽管在离开太阳时，它是垂直于太阳光的。在归途中，可以使用反相振动作为推动因素使之减速。

与喷气发动机比较，宇航帆船几乎能在任何地方选择道路。这样，不仅能减少它飞行的持续时间，还能解决那些原来基本上无法解决的问题。例如建立对太阳的有效观察。我们知道，原来处于平衡点（距地球1.6×10⁶公里）上的装置只有（ISEE-3），进行过总共不到1小时的太阳磁暴预报，而且预报得很不准确，因为预报数据曾送回到地球。《勇士号》宇航帆船有可能在离我们行星2千万公里的范围内活动，并在1.2×10⁶公里以下是沿轨道运动的，所以能保证完成半昼夜（12小时）的磁暴预报，而且有可能第一次就能做出比较符合实际情况的预报。这一预报的意义对驾驶员、医生、动力工程学家是无需说明的。我们的宇航飞船对太阳科学研究更是十分珍贵的，这是因为它能脱离黄道平面

虽然平凡的《先驱者》号自动行星星际站早已越过太阳系边界，但我们对于太阳的了解却只局限于16°（从黄道平面算起）的狭窄范围内。由于我们对太阳了解很少，因此实际上总是把它归结为比较符合实际情况的二维截面来研究。过去曾把上述狭窄扇形面区域内磁场的特点误认为是整个太阳特征。在这一区域里基本上没有记录过较大的扰动。最近人们发现，较大的太阳磁场的扰动就发生在其赤道附近地区。他们根据间接材料给出太阳磁场的分布，并提出在中高纬度地区也存在太阳风。然而只有通过对日层作详尽观测才能真正除掉我们对上述区域了解的空白点。好在没有人禁止星际航行帆船进入这一区域。

的确，在以太阳为中心的轨道平面上运动的宇航帆船，还会因为进动而受到使船帆倾斜的一对力的作用，以致使帆船渐渐偏离黄道平面。随着时间推移而进入垂直于黄道平面的平面内运动，然后再回到初始位置。因为只有离太阳很近时，它的轨道平面才是正常翻转的，所以在太阳附近，帆船的进动速度是固定不变的。按照这种方式《勇士号》需要用五个月或者七个月，才能让它的轨道平面偏离黄道平面90°。这样，它就能完成重要的太阳近极点地区的考察了。

我们对宇航帆船的潜力已作了较详尽的描述，可以肯定，它对大部分遥远太空的考察是很有用的。在近日地区的考察中特别有用。在各种巡航中，它能把中等载荷（或中等工作量）与频繁地变更航线（或作穿梭式航行）结合起来。宇航帆船在超远距离的旅行及可从黄道平面上挣脱出来等方面是不可取代的。我们并不否认它需要使用高质量的镜子，巨大的望远镜及为在行星大气中降落时所用的降落伞。当然它还应该进一步克服各种技术上的困难。例如，怎样保证它可靠的操纵及定向；保温材料的选择……。

结束语

本文开头所提到的苏联宇航帆船的设计方案，在去华盛顿卡耐基研究院兑现条件时，就已经名列前茅。在从事这项哥伦布方案的设计和研究时，我们的感受是十分令人惊讶的：曲折离奇的遭遇和事业上执着追求，坚强的生命力和伟大的航海活动互相渗透。展望“圣他玛琍”(СентаИарии）、坚士卡弗利（Дискавери)、 弗拉玛（Фраиа）及巴（Ра）这些不平凡宇航帆船的前途，我们对这份未来宇航帆船清单的延续充满信心。

[Прироба,1991年第5期]