什么是太阳帆，它如何影响环境？

太阳帆是在太空中使用的，而不是在海上。它涉及使用太阳辐射而不是火箭燃料或核能来推动航天器。它的能源几乎是无限的（至少在接下来的几十亿年里），它的好处是巨大的，它展示了利用太阳能的创新来推动现代文明。

太阳能帆船的工作原理

太阳帆的工作方式与太阳能电池板中的光伏 (PV) 电池的工作方式相同——将光转换为另一种形式的能量。光子（光粒子）没有质量，但任何了解爱因斯坦最著名方程的人都知道，质量只是一种能量形式。
根据定义，光子是以光速运动的能量包，因为它们在运动，所以它们的动量与它们携带的能量成正比。当能量击中太阳能光伏电池时，光子会干扰电池的电子，产生以伏特为单位的电流（因此称为光伏）。然而，当光子的能量撞击太阳帆等反射物体时，其中一些能量会以动能的形式传递给物体，就像移动的台球撞击静止的台球一样。太阳航行可能是唯一一种无质量来源的推进形式。
正如太阳能电池板产生的电力越多，照射到它的阳光越强，太阳帆的移动速度也越快。在外层空间，不受地球大气层保护，太阳帆受到比地球表面物体更多能量（例如伽马射线）的电磁波谱部分的轰击，地球表面受到地球大气层的保护，免受这种高能波的太阳辐射。而且由于外层空间是真空，因此数十亿光子撞击太阳帆并将其向前推进是没有任何阻力的。只要太阳帆与太阳保持足够的距离，它就可以利用太阳的能量在太空中航行。
太阳帆的运作就像帆船上的帆一样。通过改变帆相对于太阳的角度，航天器可以在光的背后航行或逆光的方向航行。航天器的速度取决于帆的大小、与光源的距离以及航天器的质量之间的关系。使用基于地球的激光也可以增强加速度，这些激光携带的能量比普通光更高。由于太阳光子的轰击永无止境，没有阻力，卫星的加速度随着时间的推移而增加，使太阳航行成为长距离推进的有效手段。

太阳能帆船的环境效益

将太阳帆送入太空仍然需要火箭燃料，因为地球低层大气中的重力比太阳帆可以捕获的能量更强。例如，2019年6月25日将 LightSail2送入太空的火箭——SpaceX 的猎鹰重型火箭——使用煤油和液氧作为火箭燃料。煤油与喷气燃料中使用的化石燃料相同，其二氧化碳排放量与家用取暖油大致相同，略高于汽油。
虽然火箭发射的频率低使得它们的温室气体可以忽略不计，但火箭燃料释放到地球大气层上层的其他化学物质会对至关重要的臭氧层造成破坏。用太阳帆代替外轨道上的火箭燃料可降低因燃烧化石燃料进行推进而造成的成本和大气破坏。火箭燃料也昂贵且有限，限制了航天器的速度和飞行距离。
由于阻力和磁力等环境力，太阳航行在低地球轨道 (LEO) 中是不切实际的。虽然火星以外的行星际旅行变得更加困难，但由于太阳系外太阳光能量的减少，航天器太阳航行可以帮助降低成本并限制对地球大气层的破坏。
太阳帆还可以与太阳能光伏电池板配对，就像在地球上一样将阳光转化为电能，从而使卫星的电子功能无需其他外部燃料源即可继续工作。这有一个额外的好处，即允许卫星保持在地球两极上空的静止位置，从而提高了通过卫星不断监测气候变化对极地地区影响的能力。（“静止卫星”通常以与地球自转相同的速度运动，相对于地球停留在同一位置——在两极这是不可能的。）