“光泳”飞行器无需燃料即可在大气层漂浮

科技日报记者 张梦然

《自然》13日发表的一项研究描述了一种新型“光泳”飞行器。该飞行器本质是一类小型太阳能漂浮装置，可携带仪器漂浮在大气层高处。这种装置无需传统燃料即可维持飞行高度，为未来气候监测和火星探索开辟了新途径。

“光泳”是一种气体（或液体）中悬浮的颗粒被光加热后产生的运动力。人们已经知道这种原理超过百年，但直到近期才开始探索它的实际用途。在地球大气层上层，空气十分稀薄，“光泳”的力强到足以让小型物体漂浮。但迄今为止，大多数实验都集中在非常小而轻的材料上，将之扩展到更大、更实用的大型设备一直是个挑战。

美国哈佛大学研究团队此次设计建造了一种新型飞行结构，由两片薄而多孔的膜通过微小的垂直支撑连接而成。结合计算机建模和实验室实验优化“光泳力”后，他们制作了一个宽1厘米的圆盘，能够在与高空阳光强度相当的光照下悬浮。

团队还提出了一种3厘米宽的版本，计算机模型显示它白天在75公里高空能够携带10毫克的载重，这足以负载包含射频天线、太阳能电池和集成电路的小型通信系统。团队模拟了12433个此类装置的悬浮飞行，其向上推力由热对流气流通过装置膜上的434个微尺度孔洞产生。

这项新成果凸显了“光泳”飞行作为监测地球大气甚至探索其他行星的一种工具的潜力。研究团队认为，现在的火星运输成本每公斤超过10万美元，而相比专门的人造卫星，光泳装置在尺寸、重量和功耗方面均有显著优势，未来可用于执行传感和通信任务。将来的设计可以包含导航系统、增加载荷能力和运行时长，以及执行更大规模的任务。

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这是被动式空中悬浮技术从理论迈向实用的重要一步。团队突破了“光泳”难以扩展至实用装置的瓶颈，使小型载荷在临近空间长期运行成为可能。这为大气监测、环境传感乃至高空通信提供了低成本、低功耗的部署方案。尤其值得关注的是其在火星探索中的前景：在稀薄大气与充足光照的条件下，这类轻量化飞行器可规避传统飞行器对复杂推进系统的依赖，大幅降低发射成本与任务风险。未来若能集成自主导航、能源管理与数据回传系统，这类“智能微飞行器”或可在其他行星形成分布式传感网络，实现广域、持续的科学观测。这不仅是微尺度物理与系统工程的完美结合，也向人们预示着，一场深远的空中平台革命正在来临。