Gdzie możesz podróżować w kosmosie, zależy od tego, ile paliwa masz na pokładzie swojej rakiety i jak skutecznie możesz z niej korzystać. Musisz je tylko złapać.
W tej chwili nowy statek kosmiczny LightSail 2 Towarzystwa Planetarnego testuje, jak dobrze będzie działał.
Żagle słoneczne to genialny pomysł, o którym po raz pierwszy pomyślał Johannes Kepler w 1600 roku, ponieważ wyobrażał sobie, że żagle i statki można dostosować do podróży kosmicznych. Oczywiście jeszcze nie w pełni rozumiał fizykę.
Jednak dzięki dużym odkryciom fizyki cząstek i mechaniki kwantowej na początku XX wieku naukowcy zdali sobie sprawę, że samo światło może działać jak wiatr, który wieje w kosmos.
Chociaż fotony nie mają masy, mogą nadawać pęd, gdy odbijają się od wysoce odbijającej powierzchni - jest to lekki żagiel. To niewiele, ale w próżni kosmicznej nie ma oporu powietrza, aby spowolnić żagiel. Przy wystarczającej ilości fotonów i wystarczającej ilości czasu lekki żagiel może przyspieszyć do niewiarygodnie dużych prędkości.
Używając rakiety chemicznej, możesz przekształcić całą masę obserwowalnego Wszechświata w paliwo rakietowe i nie dostaniesz małego statku kosmicznego jadącego z prędkością większą niż 0,2% prędkości światła. Ale lekki żagiel teoretycznie może zabrać cię do prędkości relatywistycznych, podróżując od gwiazdy do gwiazdy w życiu człowieka.
Skoro nieograniczona ilość darmowego paliwa pochodzi ze Słońca i możliwe są ogromne prędkości, dlaczego nie ma wszędzie żagli słonecznych?
Dobre pytanie.
To pytanie, o którym Planetary Society ma obsesję od lat, i wreszcie wypuścili prawdziwy żagiel słoneczny, aby dowiedzieć się, jak naprawdę działają.
W 2005 roku próbowali wypuścić pierwszy na świecie żagiel słoneczny, Cosmos 1, ale zniszczyła go rakieta. Następnie wrócili do pracy, opracowując LightSail 1, który został wprowadzony na rynek w 2015 r. I pomyślnie przetestowali swoje rozmieszczenie żagli słonecznych w kosmosie.
I wreszcie, w 2019 r. Towarzystwo Planetarne było gotowe wypróbować żeglowanie w kosmosie.
25 czerwca 2019 r. SpaceX Falcon Heavy wystartował z przylądka Cape Canaveral na Florydzie, przewożąc 24 statki kosmiczne do misji STP-2 Sił Powietrznych USA. To był trzeci raz, gdy uruchomiono Falcon Heavy, i wszyscy mieliśmy nadzieję, że uda mu się wylądować na środkowym etapie. Nie tak bardzo, to wciąż jest na liście rzeczy do zrobienia. Ale nie o tym chodzi w tym filmie.
W każdym razie, oprócz tajemniczych satelitów Sił Powietrznych, Falcon Heavy przewoził LightSail 2 Planetary Society na pokładzie statku kosmicznego Prox-1, który wypuścił na wysokość 720 kilometrów.
Następnie 23 lipca 2019 r. Statek kosmiczny wypuścił żagiel słoneczny.
Otworzył zawiasowe tablice słoneczne, a następnie rozwinął cztery, przypominające taśmę bomowe żagle, rozwijając 4 trójkątne żagle i rozmieszczając 32 metry kwadratowe powierzchni żagla.
Należy zauważyć, że ten statek kosmiczny jest mały, o wadze zaledwie 5 kg lub 11 funtów, mniej więcej wielkości bochenka chleba.
Podczas krążenia wokół Ziemi, statek kosmiczny huśta swoje żagle do i poza światło słoneczne, z każdym okresem podnosząc swoją orbitę o kilkaset metrów dziennie.
Brzmi świetnie, niestety, LightSail 2 nie ma na pokładzie systemów sterowania, aby kontrolować kąt na tyle ostrożnie, aby pozostawać na orbicie w nieskończoność.
Podczas gdy podnosi swoją orbitę po jednej stronie Ziemi o kilkaset metrów dziennie, nie jest w stanie przechylić żagli wystarczająco dokładnie, aby zapobiec obniżeniu swojej orbity po drugiej stronie planety. W końcu zanurzy się w ziemskiej atmosferze i spali.
Ale miejmy nadzieję, że inżynierowie z Planetary Society w końcu dowiedzą się, jak praktyczny może być żagiel słoneczny do eksploracji kosmosu.
Nadal jest na orbicie i wysyła niesamowite zdjęcia naszej planety.
Ponieważ LightSail 2 Planetary Society wysyła dane do domu, ucząc kontrolerów misji żeglowania w kosmosie, będą to cenne lekcje dla przyszłych misji, które mogą wykorzystywać tę technologię jako rzeczywistą metodę napędu.
Jedną z misji w tych pracach jest Zwiadowca Asteroid Nisko-Ziemi NASA lub Zwiadowca NEA. Ta misja Cubesat mogłaby latać jako dodatkowy ładunek w pierwszym teście kosmicznego systemu startowego NASA, nieuzbrojonej misji EM-1, która może wystartować już w czerwcu 2020 r.
Po wdrożeniu z kapsuły Oriona Zwiadowca rozwinął swoje żagle słoneczne, dwa razy większe niż LightSail 2, a następnie spędził dwa lata podróżując do asteroidy blisko Ziemi, aby zbadać ją z bliska.
Nie znamy jeszcze celu, ale potencjalnym miejscem docelowym może być obiekt w pobliżu Ziemi VG 1991, który został odkryty w 1991 r. Na krótko przed tym, jak minął odległość od Ziemi do Księżyca. A potem wrócił w sierpniu 2017 roku. Będziemy chcieli obserwować tę skałę jako potencjalne zagrożenie, ale także skarbnicę metali i minerałów, które mogłyby pomóc w przyszłej eksploracji Układu Słonecznego.
Inną misją, która mogłaby wykorzystać żagiel słoneczny, jest japoński kitesurfing o dużych rozmiarach do eksploracji i astronautyki w zewnętrznym układzie słonecznym lub OKEANOS. Byłaby to misja do asteroid trojańskich, które znajdują się w punktach L4 i L5 Sun-Jupiter Lagrange.
Są to idealne miejsce do badania asteroid, ponieważ Jowisz i grawitacja Słońca uwięziły dużą liczbę w jednym miejscu, a misja może z łatwością próbować wielu różnych asteroid.
OKEANOS miałby hybrydowy żagiel słoneczny, pokryty panelami słonecznymi, których używałby również do dostarczania energii elektrycznej dla swoich instrumentów i silnika jonowego.
Japonia była jednym z pierwszych krajów, które kiedykolwiek przetestowały żagiel słoneczny, z misją IKAROS, która została wdrożona w 2010 roku, i ostatecznie osiągnęła setki metrów prędkości na sekundę za pomocą żagla słonecznego.
OKEANOS może nawet przyjechać z lądownikiem. Dzięki swojemu doświadczeniu z Hayabusa2 i asteroidą Ryugu, JAXA nauczył się ogromnej ilości na temat lądowania i pobierania próbek od małych asteroid.
Jeśli wszystko pójdzie dobrze, OKEANOS uruchomi się w połowie 2020 roku na pokładzie pojazdu startowego H-IIA, korzystając z kilku asyst grawitacyjnych, aby udać się do Jowisza. A jeśli misja zakończy się powodzeniem, może nawet przynieść do domu próbkę asteroidy trojańskiej.
NASA rozważa nawet dodanie żagla słonecznego do Deep Space Lunar Gateway. Na specjalnym wydarzeniu dotyczącym planowania Deep Space Gateway w 2017 r. Członkowie Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej przedstawili koncepcję żagla słonecznego, który można dodać do stacji. Ciągłe światło słoneczne zapewnia stały ciąg, który stacja mogłaby wykorzystać do utrzymania orbity bez napędu. Trzymany na kanadyjskim ramieniu robota - co więcej - 50-metrowy żagiel słoneczny mógłby uratować stację 9 kg hydrazyny rocznie, co jest kosztowne w transporcie z Ziemi na Księżyc.
Jedną z misji, którą prawdopodobnie znasz, jest przełomowa koncepcja Starshot. Zamiast wykorzystywać światło słoneczne jako napęd, Przełom Starshot ma nadzieję na użycie potężnych laserów, które przyspieszą maleńkie satelity do prędkości międzygwiezdnych.
Mogą to być pierwsze statki kosmiczne, które kiedykolwiek wysyłały obrazy domowe z innego układu gwiezdnego. Zrobiliśmy cały odcinek w tej i kolejnej cięższej laserowej misji żaglowej o nazwie Project Dragonfly.
Niestety agencje kosmiczne zajęły więcej czasu, aby włączyć żagle słoneczne do swoich misji, niż bym się spodziewał. To zrozumiałe, są skomplikowane i delikatne i wymagają precyzyjnej orientacji. Sensowne jest, że planiści misji używają sprawdzonych rakiet chemicznych lub wydajnych silników jonowych do napędzania swoich statków kosmicznych w Układzie Słonecznym.
Jednak w miarę wypuszczania i testowania coraz większej liczby żagli słonecznych, inżynierowie będą mieli większą pewność co do najlepszych sposobów ich wykorzystania w ramach misji. Mogę sobie wyobrazić przyszłość, w której prawie każda misja ma zapasowy żagiel słoneczny na pokładzie, na wypadek gdyby coś poszło nie tak z głównym silnikiem.
Zawsze fascynowała mnie możliwość żeglugi słonecznej, a każde odkrycie obserwowałem z ekscytacją. Cieszę się, że Towarzystwo Planetarne dotarło tak daleko dzięki swoim testom. Całą misję wykonali za 7 milionów dolarów, finansowanych przez członków Planetary Society, prywatnych obywateli i kampanię Kickstart. Jeśli chcesz wesprzeć tę i przyszłe misje pomagające badać Układ Słoneczny, przejdź na planetary.org, aby dowiedzieć się więcej.
