来源：果壳网 原创： 鸑鷟鹓鶵
6 月 25 日，重型猎鹰迎来第三次发射。这枚重型火箭的近地轨道运载能力高达 64 吨， 但这一次，火箭上搭载的很多是“小朋友”，主载荷包含了 25 颗小卫星，搭便车的也同样袖珍。
猎鹰重型火箭的第 3 次发射 | 行星学会
在这群“小朋友”中，有一位婴儿般的乘客 ——光帆 2 号。它重量只有 10 斤（5 千克），身高不到半米（48.7 厘米），仅有巴掌那么宽（11.3×11.3 厘米）。
看似小不点的它，在太空却如同蜘蛛一般，吐“丝”织“网”，变成一个魔毯巨人。这张魔毯长宽各 5.6 米，面积达 32 平方米。而魔毯的厚度，却比人头发丝还要细，只有 4.5 微米。
光帆 2 号打开太阳帆的示意视频 | 行星学会
在化石燃料肆虐海陆空天的当今，一群人另辟蹊径，动起了风帆时代的念头。光帆 2 号自身不携带燃料，它张开魔毯，在太空中，静等“风”来。
不过，太空是极其稀薄的存在，并没有我们所熟悉的风。那么，光帆 2 号是如何在太空中飞行的呢？
看，“光帆 2 号”就这么小 | Planetary Society
御光而行的梦想
早在 400 年前，扬帆遨游太空的梦想就已经萌发。一位年轻人，对彗星长长的尾巴充满好奇 —— 既然太阳能够强劲地吹动彗星，那么，
“ Provide ships or sails adapted to the heavenly breezes, and there will be some who will brave even that void. ”
倘若有船或帆能驾驭这天堂的气息，必将有勇士敢于扬帆遨游天际。
—— 开普勒
然而，受限于那个年代的科学背景，开普勒并没能成为这样的勇士，但他提出的行星运行三大定律，成为天文学重要的基石。
苏联《五角星报》上假象的未来太阳光帆 | Five Corners newspaper
为什么太阳光有这样巨大的威力呢？在随后 300 年的时间里，包括牛顿在内的许多人，为了光的本质而争论不休。
光，究竟是微粒，还是波？
最终给出答案的，是爱因斯坦。他提出了光子的概念，而光的本质，既是微粒，也是电磁波，即波粒二象性。19 年后，德布罗意提交了自己的博士论文，升华了这个理念，指出万物皆是波粒二象性。
根据物理学理论，光子没有静质量，但具有一定的动量，可以将动量传递给其他物体。大家最熟悉的动量传递，莫过于打桌球了。而在太空中，飞向深空的探测器往往需要借助行星引力弹弓效应，这同样是利用了行星的动量。
当太阳光的光子撞上太阳帆，航天器就可以获得光子的动量。虽然单个光子的动量很小，但只要收集到足够多光子的动量，就可以扬帆远航了。因此，光帆需要足够大的面积。
光帆 2 号的想象图 | 行星学会
早期的尝试和挫败
早在人类航天伊始，NASA 在 1960 年和 1964 年，就分别放飞过两个大约 30 米直径的巨型气球卫星，用于实验远距离短波通信。这些气球又轻又大，人们发现太阳光可以轻易地移动这两个气球。
NASA 的巨型气球，注意下方人的大小 | NASA
由此看来，大而轻的飞行器可以利用太阳光的动量。不过，仅仅收集到太阳光子的动量是不够的，我们还需要用合适的方式来利用这些动量。科学家想到的第一点是 ——太空风车。
早期的很多航天器是自旋稳定的，这种被动稳定的方式使外界不能轻易影响航天器的状态，如同陀螺一般。那如何让航天器开始稳定自旋呢？工程师想到了太阳，如果太阳光子能像吹风车一样吹动航天器，那就可以持续维持自旋稳定了。
1964 年，水手 4 号发射升空，这艘探测器设计了十字形的太阳帆板，每个太阳帆板的末端，加装了一片“风车叶片”。这样，当探测器控制自身旋转的燃料耗尽后，“吹”动探测器的任务交给了太阳，太阳光子撞击到“风车叶片”上，使得“风车”继续自旋。
水手 4 号，注意太阳能板末端的叶片 | NASA
有了这次成功的经验，雄心勃勃的工程师想搞一个大的 ——1982 年环绕哈雷彗星。
哈雷彗星飞行方向与地球相反，相对速度高达 70 千米 / 秒。用这个速度跑完京沪高铁，只需要 19 秒！探测器如果想要环绕哈雷彗星，就需要耗费巨大的能量刹车，再反向加速。
这时，他们想到了光帆。尽管光帆的变速能力有限，但可以长年累月地变速，最终累积出巨大的速度变化。根据设计方案，探测器将装有 12 片巨型光帆，每片光帆长达 6 千米！
如此冒进的做法，最终因为经费缺乏和时间不足而告吹，NASA 的哈雷彗星之旅也未能成行。苏联、欧洲和日本当时都发射了自己的哈雷彗星探测器，不过，所有人都没有选择挑战性极大的环绕。
未能成行的 NASA 哈雷彗星探测器，周围是巨大的光帆条 | NASA
不过，这项技术并没有被人遗忘。美国行星学会（Planetary Society）吸收了太阳光帆的科研人员，学会联合创始人、著名的天文学家、科幻作家卡尔萨根也曾热心介绍和推动光帆技术。但是，由于缺乏资金，应用光帆独立飞行的技术验证迟迟无法开展。
1999 年，俄国工程师带来了一个好到难以让人拒绝的消息 —— 一次免费的发射，以及低成本的卫星方案。这得益于俄国人过去的技术积累，以及当时开拓新市场的想法。
这次免费的发射方式也非常特别，发射场是冷战时期美苏对峙的重器 —— 战略核潜艇。只不过，通过核潜艇发射的，是火箭，而不再是携带核弹头的洲际导弹。
Volna 潜射火箭平台，发射载具为 Delta III 战略核潜艇，图为吊装潜射火箭 | 行星学会
负责设计和建造第一艘专职太阳光帆卫星的，是俄国的拉沃契金设计局。这家单位曾经在月球探测上创造了众多的辉煌。
宇宙 1 号太阳光帆卫星，上方多块长方体即为光帆 | 拉沃契金设计局
可惜的是，2005 年 6 月 21 日，运载宇宙 1 号的火（dao）箭（dan）在发射 82 秒后失败，人类的第一颗太阳光帆航天器就此失利。
人们并没有因为此次而放弃这一想法，相反，更多机构和个人开始关注和支持太阳光帆，并为这一想法提供支持。
2010 年 5 月 21 日，日本宇航机构 JAXA 成功将 IKAROS 送入太空，它的全称是小型太阳驱动的星际风筝航天器。这个“小型”航天器足有一人高，展开后的光帆面积高达 196 平方米，成为了首个利用太阳光帆飞行的航天器。
半年后，IKAROS 飞掠金星，在途中成功测试了光帆的加速和姿态控制能力，然后向着太阳系深处飞去。
IKAROS 的想象图，左下为金星，右下为地球 | JAXA
光帆 2 号之路
首次成功就实现了飞掠金星，使得更多人开始重视太阳光帆技术。
随着微小卫星技术的成熟，低成本的微小卫星成为了更多人验证光帆技术的方式。除了成本低，微小卫星体积小、重量轻，也更能发挥太阳光帆的效果。
于是乎，袖珍的“光帆”系列应运而生。
光帆 2 号在火箭上的搭车方式 | 行星学会
行星学会的光帆 1 号卫星很快就做好了，但很难等到合适的发射机遇。
绝大多数卫星聚集在 400 千米以内的低地球轨道上，这里仍有极为稀薄的大气，会严重阻碍光帆的运行。因此，光帆 1 号的设计轨道高度在 800 千米以上。但前往这一轨道的顺风车，实在是太少了。
这一等就是 3 年，直到 2015 年，光帆 1 号才终于搭车升空。
上天后，也并非一帆风顺。光帆 1 号先后遇到了通信失联、光帆打开失败、电池工作异常的问题，经过两周的努力，光帆 1 号终于成功扬帆。不过，光帆 1 号开帆在轨时间极短，扬帆而没能御光飞行。
光帆 2 号打开光帆的实拍动图 | 行星学会
验证飞行能力的重任，落在了本文开头提到的光帆 2 号的身上。
升空一个月后，光帆 2 号于 7 月 23 日成功打开了光帆。一周后，即 7 月 31 日，行星学会宣布，完全凭借阳光的力量，太阳帆在短短 4 天内，就将光帆 2 号的轨道远地点抬升了 1.7 千米。
至此，光帆 2 号实验取得了圆满的成功。
光帆 2 号仍在御光飞行，它的轨道远地点也越来越高。至 8 月 20 日，远地点高度已经比开帆前抬升了超过 5 千米。
与此同时，光帆 2 号轨道近地点的高度也在相应地下降。根据实验设计，阳光的推力会让轨道变得越来越扁，最终大约在 1 年之后，完成任务的光帆 2 号将重新坠回地球大气层。
光帆 2 号结构图 | 行星学会 / 本文作者汉化
未来扬帆远航
虽然受到地球引力的束缚而无法真正扬帆远航，但光帆 2 号已经成功验证了御光飞行的技术。那么话说回来，光帆究竟有哪些引人入胜的优势呢？
最重要的一点在于，光帆航天器完全由太阳驱动，可能会引发航天器的一次深刻的变化。
首先，光帆航天器理论上可以无限期利用光帆变速，而现有的航天器的主要速度来源于火箭的动力，在后期缺乏高机动性。因此光帆航天器可以实现比现有航天器更快的速度和更复杂的路线；
其次，光帆航天器可以摆脱对于燃料的依赖，实现超长寿命，只要航天器没有报废，就可以一直工作下去，比核动力航天器的理论使用年限还要久远的多；
再者，由于燃料是大多数航天器的主要重量和体积，而光帆航天器不需要携带燃料，因此光帆航天器能将更多的资源用于科学研究、物质运输等方面。
诸多的优势使得光帆航天器可以在未来大显身手，而目前限制光帆航天器的原因主要有两个：成本和技术成熟度。为此，我们反而需要更多的光帆。
作为美国最早开展光帆研究的机构之一，行星学会将协助 NASA 开展月球轨道光帆航天器，没有大气层的干扰，光帆航天器可以在月球大显身手。
OKEANOS 探测计划 | JAXA
太阳光帆航天器的领头羊 JAXA，则提出了更富有挑战性的目标。他们计划在2025 年前后，发射巨型太阳光帆探测器 OKEANOS，光帆面积将达到 1600 平方米，前往探测木星轨道的特洛伊群小行星。
太阳光帆航天器的故事才刚刚开始。也许在未来，会出现 400 年前的开普勒所畅想的那样，人类在太空中扬帆起航，遨游于太阳系中。
而这种太空船的设计师，没准就是本文的读者之一呢。
