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无需燃料，也不用火箭作推力，仅凭一张帆，太空飞船就像帆船一样扬帆航行在浩瀚的太空——这听起来不可思议，但却并非科幻。
一面巨大的反射镜
太阳帆是什么?简言之，太阳帆就是由一面巨大的薄膜做成的反射镜，用来拦截太阳光，利用太阳的光压(也叫“辐射压”)作为推力，推动飞船前进。当然，它也可利用其他光源如地面发射的激光等作推力，在后面的情况下，它又被叫做“光帆”或“光子帆”。
那么，什么是光压?如果你把手伸到阳光下，你会有什么感觉?你一定会感觉到“热”。其实，除了热还有压力，这就是光压，只不过光压是如此之小，以至于在你整个的手掌面积上只有百万分之一盎司(1盎司等于28.35克)，因此你是不可能感觉到的。
或许有人会问：光压那么小，何以能推动飞船前进?这是因为：其一，在一切时间内都有太阳光提供光压，飞船时时有能量增加，涓涓细流最终汇成大海；其二，飞船几乎在洁净的真空中飞行，那里只有很小甚至没有阻力阻止飞船前进。
1867年，法国著名科幻作家儒勒·凡尔纳在其小说《从地球到月球》里提出一个重要概念：光压有机械力，可以推动机械。1873年，著名的行星运动定律发现者、德国天文学家开普勒的一项发现，使光压从科学幻想走进科学殿堂。开普勒在观测彗星时发现，彗尾好像被什么东西吹动了。由于当时的欧洲人热衷于发展航海事业，对风吹帆船在海上航行非常熟悉，开普勒由此联想到，也许正像风推动海中的帆船，彗尾的移动是由太阳的“微风”造成的。据此，他设想：如果能制造出可利用“空间空气”的船和帆，就可以在空间进行滑翔。他进一步设想：推进太阳帆的最好方法不是用太阳风，而是用太阳光本身的力。这个“太阳光本身的力”就是光压。
后来，著名物理学家麦克斯韦在研究电磁波时发现，光也是电磁波，可见光是我们的眼睛看得见的电磁波。1873年，他用实验证明，光子从反射面上弹起时，太阳光对反射面施加了一个“柔和的压力”。所谓“柔和”，是指压力很小。
太阳光的光压究竟有多大呢?据测量，在太阳到地球的距离上，太阳光照射在空间1平方米面积上的能量为1.3～1.4千瓦。在物理学上，经常将这个能量除以光速(每秒30万千米)得到一个新的物理量——动量，再由单位时间内动量的变化来计算太阳光的压力。用这种方法计算出的太阳光的压力非常小。作用在每平方千米太阳帆反射面上的压力只有9牛顿。9牛顿的推力虽然很小，但在高度真空、清洁的空间，由于没有明显的摩擦力干扰，它仍能发挥巨大的推动作用，让飞船在太空扬帆远航。
关于光压的作用，有一件事令我难忘。1960年，美国宇航局发射“回声-1号”卫星。这是一颗直径为40米的巨大的气球卫星，体积大，重量轻。每当它出现在天空时，用肉眼也能看得很清楚。当时，我刚刚被分配到天文台从事人造卫星研究工作，接受的第一个任务就是“管理”这颗明亮的人造卫星。所谓“管理”，其实是指观测。
我的工作是根据观测资料计算出“回声-1号”卫星的轨道，再据此预报它未来的行踪。按常规，在地球附近运行的人造卫星，其轨道受到两种因素影响：一是地球椭率(表示地球不规则形状的量)，二是地球大气阻力。可是，尽管考虑了这两种因素，我们仍然不能准确预测出“回声-1号”的轨道。这是怎么一回事呢?后来，我们根据“回声-1号”卫星体积大、重量轻的特点，认为它易受光压的影响，于是就在影响卫星轨道的因素中又加进一项——光压。结果，桀骛不驯的“回声-1号”服服帖帖地钻进了我们用数学公式为它编织的樊笼。后来，通过对其他类似卫星轨道的研究，我们进一步认识了光压。
还有一个例子。1974年，美国宇航局发射了一艘水星考察飞船——“水手-10号”。水星最接近太阳，周围有很强的阳光，是进行太阳帆试验的最好去处。飞船控制者设想用太阳的光压对飞船进行高度控制，结果收到良好效果，由此进一步证明了太阳帆原理。
自由穿移在太阳附近
太阳帆是用什么材料制成的?又是怎样发射和安装的呢?
材料 用来制作太阳帆的材料要求具有重量轻、反射性能好、耐高温和抗老化等特性，目前主要有镀铝的聚酯薄膜、有孔的薄铝网、镀铝的聚酰亚铵薄膜和镀铝的CP-1膜等，最常用的是镀铝的聚酰亚铵薄膜。由于耐高温，太阳帆可以在太阳附近自由穿梭。
设计 与时大时小的空气动压不同，太阳的辐射压很小，而且是固定的。因此，拦截辐射压的太阳帆一定要满足质量很轻、推力很大的要求。为此，在设计太阳帆时，需要考虑有最高的推力与质量比。
美国科学家用30～100纳米厚的薄铝片制造了一张试验用太阳帆，其推力为塑料薄膜帆的10倍以上。但由于材料太脆，不能安全地折叠、发射和展开，只能在空间生产。
在地面上也制造出了最高推力与质量比的太阳帆，这就是方形帆。这种帆用四根杆子将帆的四角张开，中间用一根杆子安装引线，杆子和引线都安装在帆的背光面。这种太阳帆的优点是具有防护太阳的结构，可以非常近距离地接近太阳，从而获取最大的推力。
20世纪70年代以来，美国科学家还研制出旋转薄片帆、旋转环形帆、环形帆、“直升飞机”帆以及电子太阳风帆等多种太阳帆。它们各具优点，也各有缺点，需要进一步完善。
发射 太阳帆因为使用的材料很脆，容易破裂，绝对不能直接从地面发射。发射太阳帆的方式有三种。一是先将太阳帆发射到太空，然后在太空展开，这样做需要两艘飞船。二是用卫星或其他飞船提供微波波束或激光光束在太空展开太阳帆，具体做法是：把这些成束的能量发射到太阳帆附近空间，在太阳帆穿过时为它提供第二能源。三是在发射时用微波波束推动太阳帆，发射后用可膨胀暴涨系统将太阳帆展开，然后用激光光束推动太阳帆飞行。
安置 来自于太阳或其他辐射源的光压由反射镜反射。作用在反射镜上的光子推力如同自然界其他力一样是矢量，即具有大小和方向两种属性。推力的大小和方向，同反射面与太阳的相对位置有关。当太阳光垂直入射到反射面上(称为正射)时，太阳光的压力全部用于推击反射面；当太阳光不是垂直入射，而是以一个角度入射到反射面(称为斜射)时，根据光反射定理，光线将被反射出去，反射光与反射面所成角度等于入射光和反射面所成角度，在这种情况下，只有投影到垂直于反射面的那部分太阳光的压力推击反射面，变成推动太阳帆前进的动力。
如此看来，太阳光入射太阳帆反射面的最佳方式是正射，但这实际上是不能实现的。因此，太阳帆通常置于斜射位置上，入射角的大小以使得飞船飞行方向的推力分量得到最佳数值来确定。
太阳帆的制作和安置是一件非常严密的工作，只有用理想材料制成太阳帆，并正确地装配在飞船上，才能很好地获取太阳光压，推动飞船在浩瀚的太空中前进。
出师不利的太阳帆试验
2008年8月，美国宇航局发射一颗小型-卫星——“纳米帆1-D”，这是美国宇航局制造的第一颗太阳帆微型卫星，其主要任务是用卫星把太阳帆带到空间进行展开试验。
“纳米帆1-D”是一个很小的卫星，重量不足4.1千克。卫星上装有一个30平方米的方形超薄太阳帆。如果一切顺利，卫星进入轨道后，在很短时间内太阳帆就会弹射出来。三天后，飞船将根据计算机指令打开舱门，太阳帆即可展开。这张太阳帆的材料是比纸还薄的很轻的蛛丝纤维，外面镀了一层薄铝膜，以增强推力性能。
但是，太阳帆卫星在空间成功展开并不是一件容易的事。太阳帆是用超薄材料制成的，很脆，只能用特殊的技术折叠和打开。所以，虽然早在17世纪“帆”在空间飞行的概念就已被提了出来，但却久久不能投入使用。开普勒和俄罗斯空间先驱弗里德里奇·灿德尔提出的用太阳光压推动“帆”在空间飞行的想法，也因材料坚固性、厚度、耐久性都不能满足苛刻的空间环境条件而不得不搁置起来。
20世纪20年代，苏联科学家康斯坦丁·齐奥尔柯夫斯基提出“太阳帆”这个概念。1951年，他又进一步了阐述了太阳帆的工作原理，从而大大地激发了其他科学家的热情，太阳帆成为他们着迷的研究课题。
近年来，美国、德国和日本在地球上和低地球轨道上多次进行太阳帆展开试验，取得了一些进展。2005年，美国行星协会用俄罗斯的“沃尔娜”火箭把“宇宙-1号”太阳帆发射到空间，但因第一级运载火箭没能完全按照预定时间点火，致使“宇宙-1号”展开试验失败。同样令人遗憾的是，这一次，美国宇航局的“纳米帆1-D”展开实验也告失败。
迄今为止，科学家还没有在空间成功展开过太阳帆，但他们相信让太阳帆飞船在太空航行的美梦终将成真，理由是——研发太阳帆的技术已初步成熟，只待完善。
崭露头角的雏形太阳帆
一艘艘长上太阳帆“翅膀”的飞船在宇宙空间穿梭来往，一批批地球游客访问“嫦娥”、“织女”，拜望“南极仙翁”……只要有了太阳帆飞船，这些科幻作家笔下的故事就都会变成现实。太阳帆飞船绝不是科学幻想，因为早在“宇宙-1号”和“纳米帆1-D”之前，一些雏形太阳帆就已崭露头角。
1986年，在著名的哈雷彗星最接近地球之前，美国宇航局设想出一个绝妙的研究课题：通过太阳帆推动，让空间的一个探测器改变轨道，飞向哈雷彗星；在它与哈雷彗星交会时，启动飞船上的探测仪器，对哈雷彗星进行近距离探测。这个绝妙的研究课题实现了，不仅省钱省力，还为以后的哈雷彗星观测开辟了一条新路。
1993年，俄罗斯在地球附近的轨道上部署了一面直径为20米的旋转反射镜——“旗帜一2号”。别看它面积较大，重量却很轻，可以像太阳帆一样展开。这面旋转反射镜是为一项“改天换地”工程实验制作的，该工程旨在把低纬度地区上空的太阳光“移”到俄罗斯北部去，让那些居住在天气异常寒冷的俄罗斯北部地区的居民能在冬天享受到阳光的温暖。这个用金属膜制成的反射镜在空中高高地展开，产生了一束明亮的“阳光”，从法国开始，穿过欧洲大地，一直照到俄罗斯，所经之处洒满阳光。但是，由于不能进行自我控制，“旗帜-2号”在加拿大上空起火烧毁。
印度分别于1992年和1993年发射了两颗通信卫星——“印度国家卫星-2A”和“印度同家卫星-3A”。为了给卫星上的仪器设备提供能源，每颗卫星上都安装了4块太阳能电池帆板。这样做解决了能源问题，但却引来另一个麻烦：作用在太阳能电池帆板上的光压产生了对卫星稳定性有害的力矩。为了消除这个力矩，科学家在每颗卫星的北面安装了一个太阳帆，作为卫星的附属品。
在未来宇宙航行中大显身手
目前，空间飞行器的运载工具是火箭。但是，火箭是依靠燃烧化学燃料获取动力的，只适合那些把卫星或飞船送进轨道后不需燃料作轨道机动或只需很少燃料作轨道机动的飞行，而对于需要用很多燃料作轨道机动和高度控制的长距离空间飞行，困难就出现了：用火箭作运载工具需要燃料，而携带许多燃料势必增加火箭的质量；火箭推力与其质量成正比，增加燃料势必要求增加火箭的推力。
另一方面，如果飞船要进行远距离飞行，例如飞到太阳系边缘，就需要很多燃料用于轨道调制和高度控制，而在茫茫太空无处可寻能为飞船补充燃料的“加油站”。这样一来，装燃料的容器将大到不可思议。
太阳帆飞船的情形就不同了。太阳帆飞船的动力是光压，而光压取之不尽，用之不竭，任何时候任何地方，只要有阳光照耀，就有推动飞船前进的动力存在。因此，太阳帆飞船在未来的宇宙航行中将发挥特别重要的作用。
在现实中，还没有任何用火箭推动的飞船能飞到外太阳系。而理论研究表明，用太阳帆推动的“帆船”却能在离开太阳系的时候，速度增加到接近或大于核火箭系统加速的速度。当然，太阳帆在开始飞行时速度很慢，只有火箭起飞速度的百万分之一。但随着时间的推移，太阳帆的长处显现出来：不仅能在近地空间飞行，而且能够远行，在良好的条件下，甚至能在地球与火星之间往返几次。在这一点上，太阳帆飞船与由火箭推进的飞船之间的较量犹如龟兔赛跑，前者是乌龟，后者是兔子。在这场比赛中，由火箭推进的飞船很快跳出，快速地向着目的地奔跑；而太阳帆飞船则以稳健的步伐慢慢地开始它的旅行。开始时，它的速度只有火箭起飞速度的百万分之一，但由于太阳光乐持续给它动力，它的速度逐渐增加，最后能达到每秒90千米，比目前航天飞机的速度(每秒8千米)快十多倍。而由火箭推进的飞船则随着燃料的减少，速度将越来越小，在燃料用完后，最终不得不停止飞行。
如此看来，火箭适宜作短途飞行，太阳帆则适宜作长途飞行。比如，在地球和月球之间飞行，用火箭几天就能完成，用太阳帆则要飞几个月；但是，“旅行者号”飞船用了20多年时间才接近太阳系边缘，而月前研发的太阳帆一旦展开成功，只需8年多一点时间就能赶上它。
把科幻变成现实
在“阿波罗登月”以后，人类已经发射了几百艘空间飞行器，然而，迄今为止，我们去太空的动力仍需依靠火箭发动机和化学燃料，目前航天飞行的重要交通工具——航天飞机95％的重量是燃料，这是很不经济的。太阳帆飞船的出现，将为未来的星际旅行提供一种新的经济实用的动力，我们就有可能实现完全不同的空间飞行。
目前，在地球上空几百千米的轨道上残留了许多碎片，它们是小卫星飞行结束或运载火箭爆炸后留下的残骸。一块残骸碎片可以在轨道上停留几十年，危及其他飞船的安全。如何清除这些地球轨道上的“害群之马”，是当今空间科学技术的一项重要任务。科学家希望用类似“纳米帆1-D”的太阳帆作为“拖船”，把残留在近地轨道上的空间垃圾“拖走”。太阳帆看起来像风筝，作用却如同在地球稀薄的上层大气中张开的降落伞，如果将展开的太阳帆拴在卫星残骸上并牢牢地拖住它们，就能使卫星残骸的飞行速度慢慢减小，而这些卫星残骸的轨道是由它们的飞行速度决定的，随着飞行速度减小，它们的飞行轨道也会降低，这样它们会慢慢接近地球，并在进入地球大气层后同大气发生摩擦，最后在大气中烧毁。
太阳帆的应用范围还有很多：可以为小卫星实施一定的机动，由此为小卫星在地面上方固定点上盘旋提供稳定的推力；可以把太阳帆飞船送到地球和太阳之间的一组点上，对太阳风暴进行预警；把太阳帆装在长期飞行的飞船上，可以持续不断地为飞船提供推力，从而实现星际航行……
终有一日，太阳帆飞船将会把许许多多的科幻变成现实。
一面巨大的反射镜
太阳帆是什么?简言之，太阳帆就是由一面巨大的薄膜做成的反射镜，用来拦截太阳光，利用太阳的光压(也叫“辐射压”)作为推力，推动飞船前进。当然，它也可利用其他光源如地面发射的激光等作推力，在后面的情况下，它又被叫做“光帆”或“光子帆”。
那么，什么是光压?如果你把手伸到阳光下，你会有什么感觉?你一定会感觉到“热”。其实，除了热还有压力，这就是光压，只不过光压是如此之小，以至于在你整个的手掌面积上只有百万分之一盎司(1盎司等于28.35克)，因此你是不可能感觉到的。
或许有人会问：光压那么小，何以能推动飞船前进?这是因为：其一，在一切时间内都有太阳光提供光压，飞船时时有能量增加，涓涓细流最终汇成大海；其二，飞船几乎在洁净的真空中飞行，那里只有很小甚至没有阻力阻止飞船前进。
1867年，法国著名科幻作家儒勒·凡尔纳在其小说《从地球到月球》里提出一个重要概念：光压有机械力，可以推动机械。1873年，著名的行星运动定律发现者、德国天文学家开普勒的一项发现，使光压从科学幻想走进科学殿堂。开普勒在观测彗星时发现，彗尾好像被什么东西吹动了。由于当时的欧洲人热衷于发展航海事业，对风吹帆船在海上航行非常熟悉，开普勒由此联想到，也许正像风推动海中的帆船，彗尾的移动是由太阳的“微风”造成的。据此，他设想：如果能制造出可利用“空间空气”的船和帆，就可以在空间进行滑翔。他进一步设想：推进太阳帆的最好方法不是用太阳风，而是用太阳光本身的力。这个“太阳光本身的力”就是光压。
后来，著名物理学家麦克斯韦在研究电磁波时发现，光也是电磁波，可见光是我们的眼睛看得见的电磁波。1873年，他用实验证明，光子从反射面上弹起时，太阳光对反射面施加了一个“柔和的压力”。所谓“柔和”，是指压力很小。
太阳光的光压究竟有多大呢?据测量，在太阳到地球的距离上，太阳光照射在空间1平方米面积上的能量为1.3～1.4千瓦。在物理学上，经常将这个能量除以光速(每秒30万千米)得到一个新的物理量——动量，再由单位时间内动量的变化来计算太阳光的压力。用这种方法计算出的太阳光的压力非常小。作用在每平方千米太阳帆反射面上的压力只有9牛顿。9牛顿的推力虽然很小，但在高度真空、清洁的空间，由于没有明显的摩擦力干扰，它仍能发挥巨大的推动作用，让飞船在太空扬帆远航。
关于光压的作用，有一件事令我难忘。1960年，美国宇航局发射“回声-1号”卫星。这是一颗直径为40米的巨大的气球卫星，体积大，重量轻。每当它出现在天空时，用肉眼也能看得很清楚。当时，我刚刚被分配到天文台从事人造卫星研究工作，接受的第一个任务就是“管理”这颗明亮的人造卫星。所谓“管理”，其实是指观测。
我的工作是根据观测资料计算出“回声-1号”卫星的轨道，再据此预报它未来的行踪。按常规，在地球附近运行的人造卫星，其轨道受到两种因素影响：一是地球椭率(表示地球不规则形状的量)，二是地球大气阻力。可是，尽管考虑了这两种因素，我们仍然不能准确预测出“回声-1号”的轨道。这是怎么一回事呢?后来，我们根据“回声-1号”卫星体积大、重量轻的特点，认为它易受光压的影响，于是就在影响卫星轨道的因素中又加进一项——光压。结果，桀骛不驯的“回声-1号”服服帖帖地钻进了我们用数学公式为它编织的樊笼。后来，通过对其他类似卫星轨道的研究，我们进一步认识了光压。
还有一个例子。1974年，美国宇航局发射了一艘水星考察飞船——“水手-10号”。水星最接近太阳，周围有很强的阳光，是进行太阳帆试验的最好去处。飞船控制者设想用太阳的光压对飞船进行高度控制，结果收到良好效果，由此进一步证明了太阳帆原理。
自由穿移在太阳附近
太阳帆是用什么材料制成的?又是怎样发射和安装的呢?
材料 用来制作太阳帆的材料要求具有重量轻、反射性能好、耐高温和抗老化等特性，目前主要有镀铝的聚酯薄膜、有孔的薄铝网、镀铝的聚酰亚铵薄膜和镀铝的CP-1膜等，最常用的是镀铝的聚酰亚铵薄膜。由于耐高温，太阳帆可以在太阳附近自由穿梭。
设计 与时大时小的空气动压不同，太阳的辐射压很小，而且是固定的。因此，拦截辐射压的太阳帆一定要满足质量很轻、推力很大的要求。为此，在设计太阳帆时，需要考虑有最高的推力与质量比。
美国科学家用30～100纳米厚的薄铝片制造了一张试验用太阳帆，其推力为塑料薄膜帆的10倍以上。但由于材料太脆，不能安全地折叠、发射和展开，只能在空间生产。
在地面上也制造出了最高推力与质量比的太阳帆，这就是方形帆。这种帆用四根杆子将帆的四角张开，中间用一根杆子安装引线，杆子和引线都安装在帆的背光面。这种太阳帆的优点是具有防护太阳的结构，可以非常近距离地接近太阳，从而获取最大的推力。
20世纪70年代以来，美国科学家还研制出旋转薄片帆、旋转环形帆、环形帆、“直升飞机”帆以及电子太阳风帆等多种太阳帆。它们各具优点，也各有缺点，需要进一步完善。
发射 太阳帆因为使用的材料很脆，容易破裂，绝对不能直接从地面发射。发射太阳帆的方式有三种。一是先将太阳帆发射到太空，然后在太空展开，这样做需要两艘飞船。二是用卫星或其他飞船提供微波波束或激光光束在太空展开太阳帆，具体做法是：把这些成束的能量发射到太阳帆附近空间，在太阳帆穿过时为它提供第二能源。三是在发射时用微波波束推动太阳帆，发射后用可膨胀暴涨系统将太阳帆展开，然后用激光光束推动太阳帆飞行。
安置 来自于太阳或其他辐射源的光压由反射镜反射。作用在反射镜上的光子推力如同自然界其他力一样是矢量，即具有大小和方向两种属性。推力的大小和方向，同反射面与太阳的相对位置有关。当太阳光垂直入射到反射面上(称为正射)时，太阳光的压力全部用于推击反射面；当太阳光不是垂直入射，而是以一个角度入射到反射面(称为斜射)时，根据光反射定理，光线将被反射出去，反射光与反射面所成角度等于入射光和反射面所成角度，在这种情况下，只有投影到垂直于反射面的那部分太阳光的压力推击反射面，变成推动太阳帆前进的动力。
如此看来，太阳光入射太阳帆反射面的最佳方式是正射，但这实际上是不能实现的。因此，太阳帆通常置于斜射位置上，入射角的大小以使得飞船飞行方向的推力分量得到最佳数值来确定。
太阳帆的制作和安置是一件非常严密的工作，只有用理想材料制成太阳帆，并正确地装配在飞船上，才能很好地获取太阳光压，推动飞船在浩瀚的太空中前进。
出师不利的太阳帆试验
2008年8月，美国宇航局发射一颗小型-卫星——“纳米帆1-D”，这是美国宇航局制造的第一颗太阳帆微型卫星，其主要任务是用卫星把太阳帆带到空间进行展开试验。
“纳米帆1-D”是一个很小的卫星，重量不足4.1千克。卫星上装有一个30平方米的方形超薄太阳帆。如果一切顺利，卫星进入轨道后，在很短时间内太阳帆就会弹射出来。三天后，飞船将根据计算机指令打开舱门，太阳帆即可展开。这张太阳帆的材料是比纸还薄的很轻的蛛丝纤维，外面镀了一层薄铝膜，以增强推力性能。
但是，太阳帆卫星在空间成功展开并不是一件容易的事。太阳帆是用超薄材料制成的，很脆，只能用特殊的技术折叠和打开。所以，虽然早在17世纪“帆”在空间飞行的概念就已被提了出来，但却久久不能投入使用。开普勒和俄罗斯空间先驱弗里德里奇·灿德尔提出的用太阳光压推动“帆”在空间飞行的想法，也因材料坚固性、厚度、耐久性都不能满足苛刻的空间环境条件而不得不搁置起来。
20世纪20年代，苏联科学家康斯坦丁·齐奥尔柯夫斯基提出“太阳帆”这个概念。1951年，他又进一步了阐述了太阳帆的工作原理，从而大大地激发了其他科学家的热情，太阳帆成为他们着迷的研究课题。
近年来，美国、德国和日本在地球上和低地球轨道上多次进行太阳帆展开试验，取得了一些进展。2005年，美国行星协会用俄罗斯的“沃尔娜”火箭把“宇宙-1号”太阳帆发射到空间，但因第一级运载火箭没能完全按照预定时间点火，致使“宇宙-1号”展开试验失败。同样令人遗憾的是，这一次，美国宇航局的“纳米帆1-D”展开实验也告失败。
迄今为止，科学家还没有在空间成功展开过太阳帆，但他们相信让太阳帆飞船在太空航行的美梦终将成真，理由是——研发太阳帆的技术已初步成熟，只待完善。
崭露头角的雏形太阳帆
一艘艘长上太阳帆“翅膀”的飞船在宇宙空间穿梭来往，一批批地球游客访问“嫦娥”、“织女”，拜望“南极仙翁”……只要有了太阳帆飞船，这些科幻作家笔下的故事就都会变成现实。太阳帆飞船绝不是科学幻想，因为早在“宇宙-1号”和“纳米帆1-D”之前，一些雏形太阳帆就已崭露头角。
1986年，在著名的哈雷彗星最接近地球之前，美国宇航局设想出一个绝妙的研究课题：通过太阳帆推动，让空间的一个探测器改变轨道，飞向哈雷彗星；在它与哈雷彗星交会时，启动飞船上的探测仪器，对哈雷彗星进行近距离探测。这个绝妙的研究课题实现了，不仅省钱省力，还为以后的哈雷彗星观测开辟了一条新路。
1993年，俄罗斯在地球附近的轨道上部署了一面直径为20米的旋转反射镜——“旗帜一2号”。别看它面积较大，重量却很轻，可以像太阳帆一样展开。这面旋转反射镜是为一项“改天换地”工程实验制作的，该工程旨在把低纬度地区上空的太阳光“移”到俄罗斯北部去，让那些居住在天气异常寒冷的俄罗斯北部地区的居民能在冬天享受到阳光的温暖。这个用金属膜制成的反射镜在空中高高地展开，产生了一束明亮的“阳光”，从法国开始，穿过欧洲大地，一直照到俄罗斯，所经之处洒满阳光。但是，由于不能进行自我控制，“旗帜-2号”在加拿大上空起火烧毁。
印度分别于1992年和1993年发射了两颗通信卫星——“印度国家卫星-2A”和“印度同家卫星-3A”。为了给卫星上的仪器设备提供能源，每颗卫星上都安装了4块太阳能电池帆板。这样做解决了能源问题，但却引来另一个麻烦：作用在太阳能电池帆板上的光压产生了对卫星稳定性有害的力矩。为了消除这个力矩，科学家在每颗卫星的北面安装了一个太阳帆，作为卫星的附属品。
在未来宇宙航行中大显身手
目前，空间飞行器的运载工具是火箭。但是，火箭是依靠燃烧化学燃料获取动力的，只适合那些把卫星或飞船送进轨道后不需燃料作轨道机动或只需很少燃料作轨道机动的飞行，而对于需要用很多燃料作轨道机动和高度控制的长距离空间飞行，困难就出现了：用火箭作运载工具需要燃料，而携带许多燃料势必增加火箭的质量；火箭推力与其质量成正比，增加燃料势必要求增加火箭的推力。
另一方面，如果飞船要进行远距离飞行，例如飞到太阳系边缘，就需要很多燃料用于轨道调制和高度控制，而在茫茫太空无处可寻能为飞船补充燃料的“加油站”。这样一来，装燃料的容器将大到不可思议。
太阳帆飞船的情形就不同了。太阳帆飞船的动力是光压，而光压取之不尽，用之不竭，任何时候任何地方，只要有阳光照耀，就有推动飞船前进的动力存在。因此，太阳帆飞船在未来的宇宙航行中将发挥特别重要的作用。
在现实中，还没有任何用火箭推动的飞船能飞到外太阳系。而理论研究表明，用太阳帆推动的“帆船”却能在离开太阳系的时候，速度增加到接近或大于核火箭系统加速的速度。当然，太阳帆在开始飞行时速度很慢，只有火箭起飞速度的百万分之一。但随着时间的推移，太阳帆的长处显现出来：不仅能在近地空间飞行，而且能够远行，在良好的条件下，甚至能在地球与火星之间往返几次。在这一点上，太阳帆飞船与由火箭推进的飞船之间的较量犹如龟兔赛跑，前者是乌龟，后者是兔子。在这场比赛中，由火箭推进的飞船很快跳出，快速地向着目的地奔跑；而太阳帆飞船则以稳健的步伐慢慢地开始它的旅行。开始时，它的速度只有火箭起飞速度的百万分之一，但由于太阳光乐持续给它动力，它的速度逐渐增加，最后能达到每秒90千米，比目前航天飞机的速度(每秒8千米)快十多倍。而由火箭推进的飞船则随着燃料的减少，速度将越来越小，在燃料用完后，最终不得不停止飞行。
如此看来，火箭适宜作短途飞行，太阳帆则适宜作长途飞行。比如，在地球和月球之间飞行，用火箭几天就能完成，用太阳帆则要飞几个月；但是，“旅行者号”飞船用了20多年时间才接近太阳系边缘，而月前研发的太阳帆一旦展开成功，只需8年多一点时间就能赶上它。
把科幻变成现实
在“阿波罗登月”以后，人类已经发射了几百艘空间飞行器，然而，迄今为止，我们去太空的动力仍需依靠火箭发动机和化学燃料，目前航天飞行的重要交通工具——航天飞机95％的重量是燃料，这是很不经济的。太阳帆飞船的出现，将为未来的星际旅行提供一种新的经济实用的动力，我们就有可能实现完全不同的空间飞行。
目前，在地球上空几百千米的轨道上残留了许多碎片，它们是小卫星飞行结束或运载火箭爆炸后留下的残骸。一块残骸碎片可以在轨道上停留几十年，危及其他飞船的安全。如何清除这些地球轨道上的“害群之马”，是当今空间科学技术的一项重要任务。科学家希望用类似“纳米帆1-D”的太阳帆作为“拖船”，把残留在近地轨道上的空间垃圾“拖走”。太阳帆看起来像风筝，作用却如同在地球稀薄的上层大气中张开的降落伞，如果将展开的太阳帆拴在卫星残骸上并牢牢地拖住它们，就能使卫星残骸的飞行速度慢慢减小，而这些卫星残骸的轨道是由它们的飞行速度决定的，随着飞行速度减小，它们的飞行轨道也会降低，这样它们会慢慢接近地球，并在进入地球大气层后同大气发生摩擦，最后在大气中烧毁。
太阳帆的应用范围还有很多：可以为小卫星实施一定的机动，由此为小卫星在地面上方固定点上盘旋提供稳定的推力；可以把太阳帆飞船送到地球和太阳之间的一组点上，对太阳风暴进行预警；把太阳帆装在长期飞行的飞船上，可以持续不断地为飞船提供推力，从而实现星际航行……
终有一日，太阳帆飞船将会把许许多多的科幻变成现实。