“光泳”飛行器無需燃料即可在大氣層漂浮

科技日報記者 張夢然

《自然》13日發表的一項研究描述了一種新型“光泳”飛行器。該飛行器本質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。這種裝置無需傳統燃料即可維持飛行高度，為未來氣候監測和火星探索開闢了新途徑。

“光泳”是一種氣體（或液體）中懸浮的顆粒被光加熱後產生的運動力。人們已經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、更實用的大型設備一直是個挑戰。

美國哈佛大學研究團隊此次設計建造了一種新型飛行結構，由兩片薄而多孔的膜通過微小的垂直支撐連接而成。結合計算機建模和實驗室實驗優化“光泳力”後，他們製作了一個寬1釐米的圓盤，能夠在與高空陽光強度相當的光照下懸浮。

團隊還提出了一種3釐米寬的版本，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。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個微尺度孔洞產生。

這項新成果凸顯了“光泳”飛行作為監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，而相比專門的人造衞星，光泳裝置在尺寸、重量和功耗方面均有顯著優勢，未來可用於執行傳感和通信任務。將來的設計可以包含導航系統、增加載荷能力和運行時長，以及執行更大規模的任務。

總編輯圈點

這是被動式空中懸浮技術從理論邁向實用的重要一步。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。這為大氣監測、環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避傳統飛行器對複雜推進系統的依賴，大幅降低發射成本與任務風險。未來若能集成自主導航、能源管理與數據回傳系統，這類“智能微飛行器”或可在其他行星形成分佈式傳感網絡，實現廣域、持續的科學觀測。這不僅是微尺度物理與系統工程的完美結合，也向人們預示着，一場深遠的空中平台革命正在來臨。