智能材料在太空探索中的应用案例层出不穷。从卫星上的天线展开到探测器的变形与重构，各种应用中都能见到它们的身影。
最新的想法之一是，利用智能材料将主要用作任务推进系统的太阳帆，在任务到达最终目的地时，转变为隔热罩。美国奥本大学航空航天工程系的约瑟夫·艾瓦森（Joseph Ivarson）和达维德·古泽蒂（Davide Guzzetti）在《宇航学报》（Acta Astronautica）上发表的一篇新论文，描述了这一想法的工作原理，并列举了探索太阳系不同区域的一些潜在应用。
他们将这一概念称为“变形航行者”（Shape Shifting Sailer，简称3S），其原理很简单：在航天器前往目的地的大部分旅程中，使用一块薄材料作为太阳帆。一旦到达目的地，改变这块材料的方向，使其能够作为隔热罩和阻力装置，帮助探测器进入目标星球的大气层，或通过气动减速进入其轨道。
这种转换可以像一组形状记忆合金（SMA）铰链一样简单，将通常平整的太阳帆折叠成更像圆锥或盾牌的形状，以增加阻力使探测器减速，同时也有助于分散部分热量，本质上起到一个——尽管效果有限的——隔热罩的作用。
不过，在尝试构建这样一个系统之前，工程师们做了所有优秀工程师都会做的事——首先对系统进行建模。在这个案例中，他们将建模工作分为两个不同阶段——“设计空间”研究和可行性研究。
用工程语言来说，“设计空间”与外层空间毫无关系，它是一个术语，用于尝试捕捉所有可能影响特定指标的不同因素，比如进入火星大气层的探测器将经历的重量或峰值温度。通过在模拟中改变这些因素，工程师们可以了解他们必须做出的最重要的设计决策，尤其是在降低帆的重量或提高其隔热效果等权衡方面。
在他们的论文中，作者研究了五个潜在目标星球的案例——地球、火星、土卫六、天王星和海王星。然后，他们采用了一种名为遗传算法的半自主算法，对帆的峰值温度和峰值压力之间的权衡进行优化。他们发现这两个指标相互对立，因为使其中一个特征最小化的物理形状往往会使另一个特征最大化。
为了最小化压力，最好的形状像一片叶子——表面积大，但重量很轻；而要最小化温度，最好的形状像一个炮弹——非常小、厚且致密，这通常意味着高热惯性——即一种材料能承受的总热量。
在研究的下一阶段，他们确定了进入所研究各星球大气层和轨道的潜在飞行路径。在地球周围，他们发现这种材料至少能在一定程度上帮助减轻总体热负荷，将峰值加热速率降低20 – 25%，但前提是在再入过程中抛弃太阳帆。火星是应用3S概念的最佳场景，同样在抛弃太阳帆的情况下，进入火星的探测器的加热量可减少多达40%。
不幸的是，对于土卫六、天王星和海王星，结果并不理想。在气态巨行星上，使用该系统根本不可行，因为在其大气层中进行气动减速所需的进入速度太高，会烧毁近期内可能制造出的任何可行材料。在土卫六上，3S系统可行，但要达到有效效果，太阳帆的质量几乎要与有效载荷的质量相同。鉴于将质量送到土卫六本身就成本高昂，这个想法似乎不太可能实现——或者说不太可能落地。
但即使这个想法仅适用于火星探索，随着美国国家航空航天局（NASA）继续从月球到火星的探索之路，火星也将成为未来许多任务的焦点。鉴于论文中模拟的有希望的结果，或许值得投入一些资金开发3S系统的原型，看看这个计划是否存在任何问题。但鉴于目前太空探索资金的状况，这可能还需要等待一段时间。