Wyobraź sobie żagiel zasilany energią słoneczną, który mógłby napędzać statek kosmiczny przez próżnię kosmiczną, jak wiatr, który napędza żagiel tutaj na Ziemi. NASA i inne agencje kosmiczne poważnie podchodzą do tego pomysłu i pracują nad różnymi prototypowymi technologiami. Edward Montgomory jest kierownikiem obszaru technologicznego napędu żagla słonecznego w NASA. Właśnie przetestowali 20-metrowy żagiel w ośrodku badawczym Glenn Plum Brook w Sandusky w stanie Ohio.
Posłuchaj wywiadu: NASA Tests a Solar Sail (3,7 mb)
Lub subskrybuj podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain - Czy możesz mi w ogóle opowiedzieć o żaglach słonecznych?
Edward Montgomery - Jest to technologia, którą interesowała się nasza agencja od jakiegoś czasu, ale historia sięga kilkuset lat wstecz do Fredricka Sandera na przełomie XIX i XX wieku. W ostatnich czasach odkryliśmy, że postępy w kilku konkretnych obszarach sprawiły, że jest to coś, na co naprawdę musimy spojrzeć. Materiały kompozytowe, które pojawiły się w ciągu ostatnich kilku lat, takie jak sprzęt sportowy wykonany z ultralekkich prętów oraz technologia filmowa, która pod pewnymi względami jest związana z przemysłem materiałowym i polami układów scalonych na przykład i dodatki do farb. Te pola umożliwiły budowanie w kosmosie struktur przypominających gossamer i nigdy tak naprawdę nie byliśmy w stanie tego zrobić aż do kilkudziesięciu lat wcześniej (teraz), a kiedy można naprawdę obniżyć masę, to nie wymaga dużo siły, aby uzyskać pewne przyspieszenie i dobry napęd.
Jak światło może zapewnić napęd folii aluminiowej w kosmosie?
To bardzo fascynująca właściwość światła; tak naprawdę nie ma masy, więc nie może się odbić, ale w rzeczywistości oddziaływuje z przeszkodami; nadaje temu impet, a teorię teoretyzował Einstein i zostało to udowodnione w wielu eksperymentach laboratoryjnych.
Jaką technologię testujesz teraz w NASA?
Przyjmujemy jedną szczególną koncepcję żagla słonecznego, który jest żaglem kwadratowym; ma 4 wysięgniki, które wychodzą, a pomiędzy wysięgnikami są trójkątne żagle, a ten system jest zaprojektowany do przenoszenia ładunków, które są stosunkowo skromne: ładunek Robotic Science. Patrzymy na kilka misji do wewnętrznego układu słonecznego, aby zbadać fizykę Słońca i jego interakcję z Ziemią.
Wysłałbyś więc swój żagiel słoneczny z naszej pozycji; orbita Ziemi, bliżej Słońca? Dla mnie brzmi to trochę odwrotnie.
Nacisk, jaki może wytworzyć żagiel, jest proporcjonalny do siły światła słonecznego, a gdy zbliżasz się do Słońca, siła tego napędu rośnie w miarę zbliżania się do kwadratu odległości, więc w rzeczywistości działa znacznie więcej skutecznie blisko Słońca. Misje, które zaplanowano, aby spojrzeć na zewnętrzny układ słoneczny; prawie wszystkie z nich wymagały najpierw udania się do wewnętrznego układu słonecznego latającego blisko Słońca i uzyskania dobrego doładowania, a następnie wyjścia. Ale misje krótkoterminowe, na które patrzymy, to misje, które zawisają; nie idą naprawdę szybko. Istnieje punkt równowagi między przyciąganiem grawitacyjnym Ziemi a przyciąganiem grawitacyjnym Słońca, zwanym punktem Lagrange'a, a teraz mamy tam satelity. Nie wymaga to żadnego szczególnego napędu, ale jeśli chcesz usiąść i unosić się w pewnym punkcie bliżej Słońca (aby dostać się) do tego konkretnego punktu w przestrzeni, musisz mieć pewne możliwości napędu, a nasi naukowcy są bardzo zainteresowani kiedy chcę być w tym momencie. Możesz sobie wyobrazić, jak to może być korzystne miejsce na umieszczenie niektórych instrumentów między Ziemią a Słońcem, aby zrozumieć, jak ta własność fizyczna jest.
Ok, więc rozumiem; wyglądałoby to tak, jakby Słońce było wachlarzem, a ty miałeś swój żagiel i pozwoliłeś mu dryfować w dół w kierunku Słońca do punktu, w którym siła energii słonecznej z niego wychodzącej jest idealnie zrównoważona, aby utrzymać żagiel słoneczny w tym miejscu. Nie pójdzie dalej ani nie podejdzie bliżej.
Dobrze. To jest poprawne.
Jakiego rodzaju eksperymentów byłbyś zainteresowany, gdybyś mógł podejść tak blisko i był w stanie zatrzymać?
Jestem inżynierem napędu, a nie naukowcem; potrafią znacznie lepiej wyjaśnić, czego dokładnie się uczą, ale niektóre przyrządy, które zamierzają na to włożyć, mierzą magnetosferę, w miarę upływu czasu mierzą cząstki o wysokiej energii. Szczególnie interesujące jest wykrywanie koronalnych wyrzutów masy; są to wielkie zdarzenia rozbłyskowe zachodzące na Słońcu, które po dotarciu na Ziemię mogą naprawdę zakłócić naszą komunikację, a nawet mogą uszkodzić i zniszczyć wrażliwy sprzęt elektroniczny. Taki wybuch w 1986 r. Spowodował straty w wysokości kilku milionów dolarów w samej Ameryce Północnej, dlatego chcemy być w stanie przewidzieć te zdarzenia, kiedy się zdarzają, a jeśli mamy wystarczająco dużo czasu na ostrzeżenie, możemy wyłączyć nasz sprzęt lub, w szczególnych warunkach, zatrzymać je od zranienia, dlatego ważne jest, aby wiedzieć, kiedy nastąpi wyrzut masy koronalnej.
Co może przynieść przyszłość tej technologii, mając możliwość zbadania zewnętrznego układu słonecznego?
Cóż, to dobra uwaga. Jak już wspomniałem, te wyrzuty masy koronalnej mogą być również bardzo szkodliwe dla naszych astronautów, dlatego NASA patrzy w niedalekiej przyszłości na powrót na Księżyc i Marsa, o których było wiele dyskusji. Będziemy musieli przewidzieć, kiedy zdarzają się te zdarzenia (wyrzuty masy koronalnej), aby nasi astronauci mogli dostać się do bezpiecznych schronień przed tymi zdarzeniami, więc prawdopodobnie będziemy musieli mieć te satelity ostrzegawcze umieszczone w pobliżu Księżyca i Marsa i prawdopodobnie w pobliżu układ słoneczny jako ostrzeżenie przed zrobieniem tego. (Potem) ostatecznie w przyszłości istnieje duże zainteresowanie chęcią zrozumienia struktury naszego układu słonecznego poza orbitą Plutona, szczególnie Heliopauzy, teraz statek kosmiczny Voyager właśnie wkroczył w ten region; wróciło kilka interesujących wyników; i jest wiele rzeczy, o których chcielibyśmy wiedzieć w tym regionie kosmicznym. Tuż za tym znajduje się coś, co nazywa się Obłokiem Oorta, który jest podobno przestrzenią kosmiczną, w której wiele komet, które widzimy, żyje przez większość swojego życia, ale czasami przybywają na Słońce. Do zrobienia jest więc sporo nauki; obserwacje i eksploracja tuż poza obrzeżami Układu Słonecznego.
Czy w budowaniu żagla słonecznego byłoby coś innego, co mogłoby wypłynąć do zewnętrznego układu słonecznego, nad czym teraz pracujesz?
Nie musi tak być. Możesz skorzystać z technologii, którą obecnie stosujemy, aby wykonać te koronalne sygnały wyrzutu masy i możesz wysłać tego żagla na misję. Problem polega na tym, że dotarcie do tych chmur Oorta i wyjście na Heliopauzę zajmie lub więcej. Jeśli uda nam się zbudować żagiel o rząd wielkości lub dziesiątej części masy dla tej samej powierzchni; który wykonuje się 10 razy lepiej, jeśli chcesz, wtedy możemy wykonać tę samą misję w połowie czasu, więc aby naprawdę zacząć rozważać tę misję, będziemy chcieli zbudować żagle o wyższej wydajności, aby naprawdę to zrobić i zrobić to w ciągu naszego życia, Jeśli będziesz.
Jakie są teraz ramy czasowe testowanego prototypu i twoich przyszłych planów?
Właśnie w tej agencji dużo się dzieje; w szczególności istnieje komitet doradczy ds. nauki, który zbiera się i określa, jakie są ich priorytety naukowe, i który określa termin, w którym żagle muszą być gotowe. Kiedy będzie gotowy ... to, co robiliśmy przez ostatnie 3 lata, które zakończyło się tymi testami w Plumbrook, to zrobić wszystko, co w naszej mocy, aby zaprojektować i obsługiwać żagiel słoneczny w symulowanym środowisku kosmicznym. Następnym krokiem jest wejście w kosmos, a to będzie ważny krok. Naprawdę musimy odbyć lot żagla słonecznego i zobaczyć, jak działa on w przestrzeni kosmicznej: obciążenia na konstrukcji żagla są znacznie, znacznie mniejsze niż na ziemi. Grawitacja obciąża żagle 4000 razy wyżej niż Słońce. Tak więc naprawdę prawdziwe środowisko jest w kosmosie i musimy go wznieść (żagiel), aby go przetestować. To kolejne 3-5 lat na zrobienie tego rodzaju rzeczy, a potem będzie gotowy do włączenia się w misję naukową; 3-5 lat nominalnej fazy planowania i rozwoju misji kosmicznej. Tak więc w ciągu następnej dekady z pewnością spodziewam się latającego żagla słonecznego.
