400年前，天文学家开普勒曾设想，不要携带任何能源的宇宙帆船，仅仅依靠太阳光能就能驰骋太空，但太阳帆飞船这一概念到20世纪20年代才逐渐明晰起来。
1924年，俄国航天事业的先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和其同事弗里德里希·灿德尔明确提出“用照到很薄的巨大反射镜上的阳光所产生的推力获得宇宙速度”。正是灿德尔首先提出了太阳帆——一种包在硬质塑料上的超薄金属帆的设想，成为今天建造太阳帆的基础。
2001年7月，俄罗斯曾试验过一次“太阳帆”，但因航天器未能与火箭分离，结果以失败告终，烧毁在稠密的大气层中。2004年，由美国行星协会出资，莫斯科拉沃奇金科科研生产联合体研制的“宇宙一号”太阳帆，从一艘停靠在巴伦支海的核潜艇上发射，但是在发射88秒后即失去联系。
长期以来，美国宇航局也一直致力于太空飞行器的动力研究，希望能够在外太空部署以太阳作为动力来源的太阳帆。美国宇航局马歇尔太空飞行中心决定于近期将这一想法付诸实施，在太空建立一个代号为“NanoSail-D”的太阳帆。“NanoSail-D”太阳帆将由“猎鹰-1”火箭负责送往太空。
如果成功，“NanoSail-D”将是人类在太空中部署的第一个太阳帆，也是第一个将太阳光压力作为其方向和轨道控制主要动力的太空飞行器。据“NanoSail-D”项目负责人蒙哥马利介绍，此次，他们将通过卫星轨道部署器或微型卫星专用发射筒装置来部署“NanoSail-D”。“NanoSail-D”太阳帆的制作材料主要是铝材和太空塑料，整个飞行器的质量不超过5千克。太阳帆将会在太空中展开四个小型帆板。帆板完全打开后，飞行器着光面将近10平方米，可以获得较大的太阳光压力作为飞行器的动力。
光压提供动力
从太空旅行成为现实的那一天起，人类通往宇宙一直以来只有一种方式，那就是依靠火箭推进器。然而，太阳帆技术却为人类提供了另一种选择，并被科学家认为是人类太空船进行星际旅行的最大希望，因为它无须火箭燃料，只要有阳光存在的地方，它都会不断获得动力加速飞行。
那么，太阳帆的运行原理是什么呢？我们知道，光是由没有静态质量但有动量的光子构成的，当光子撞击到光滑的平面上时，可以像从墙上反弹回来的乒乓球一样改变运动方向，并给被撞击物体以相应的作用力，这就是光压。太阳的光压很小，相当于苹果在手掌上的压力的五百万分之一。在地球到太阳的距离上，光在一平方米帆面上产生的推力只有9×10-6牛，还不到一只蚂蚁的重力大。因此，为了最大限度地从阳光中获得加速度，太阳帆必须建得很大很轻，而且表面要十分光滑平整。
可达光速的2%
阳光是一种取之不尽的能源，从这一点上来说，远距离的太空旅行中使用太阳帆比使用传统的火箭推进器要更胜一筹。
虽然，现有的火箭只要携带足够的动力燃料，就可以一次性地飞出太阳系，而太阳帆除了具备这一能力外，甚至还具备从外太空返航的能力。与普通火箭相比，太阳帆最重要的特点就是速度快。由于太空中没有摩擦，太阳帆一旦开始运行，将永不停止。众所周知，“旅行者号”太空船具备飞离太阳系的能力，但这一过程需要30多年时间。而即将升空的太阳帆将可能只需10年时间就可以赶上“旅行者号”。
从理论上说，太阳帆的最高速度可以达到光速的2%——6000千米/秒。果真如此，星际航行将成为可能。
太阳帆的另一个优势是，它不需要燃料，也没有发动机，所以可以携带更多的科学仪器和货物。
星际旅行或成现实
太阳帆航天器的出现，使得星际旅行或成现实。如果能够成功地利用诸如太阳这样的恒星发出的光作动力，那么将有可能最终解决宇宙航行的能源问题。银河系中有约4000亿颗发光的恒星，现在已经发现的宇宙中类似银河系的星系约1500亿个，恒星产生的光，有可能把太阳帆飞船送往人类想去的任何地方。
宇航专家预测，未来的某一天，帆飞船将踏上飞往另一颗恒星的旅程。这将需要边长1000米、密度每平米0．1克的帆。此外，还需要建造一个强力激光器或微波源，为飞船提供辅助能量。飞船将依靠绕地球轨道运行的、比太阳光强6倍的强力激光器和一个置于土星和海王星间的面积为得克萨斯州大小的巨型聚焦透镜提供能量。这样飞船即可在太空高速飞行，在40年时间内即可到达距我们最近的阿尔法半人马座恒星。 目前对我们来说，制造这样的激光器是困难的，制造这样的透镜也是艰巨的，但这并不意味着30年、40年或50年后仍是如此。到达阿尔法半人马座后，飞船将继续飞行，但那时候，为其提供动力的光就已经是来自另一颗恒星了。
“超级太阳帆”设想
美国艾尔文加州大学科学家本·福德提出了一个超级太阳帆设想。他说，利用他设计的太阳帆，只需一个月就能使从地面起飞的飞行器飞达火星，比承载勇气号和机会号火星车的飞行器快7倍。
本·福德与弟弟詹姆斯共同提出的这一设想，是从地面发射微波能，将微波能射向很薄的碳网孔太阳帆时，太阳帆获得的动力能比预期的增强几倍。他们最终发现，是微波能中的热使一氧化碳气体从太阳帆表面逃脱，逃脱过程所产生的反作用力，使太阳帆获得了额外的推力。
本·福德介绍了如何利用太阳帆一个月到达火星的设想：科学家先用火箭将宇宙飞船送入地球轨道，在宇宙飞船打开跨度为100米的太阳帆后，地球上的发射器将微波发射至太阳帆，以加热其上的涂层分子。根据计算，1小时的微波发射能量可将宇宙飞船加速到每秒60千米，比目前任何行星际宇宙飞船速度都快。这需要有60兆瓦微波束能，其波束直径与跨度100米的太阳帆相当，并能跟踪加速的宇宙飞船。但现有的微波传送系统尚无法实现这样的微波束能。
其他研究人员认为：“尽管还有很多细节尚待解决，但这一设想是有意义的。”
