Η Planetary Society αναπτύσσει το ηλιακό πανί του LightSail 2. Τι επιφυλάσσει το μέλλον για τα ηλιακά πανιά;
Το πού μπορείτε να ταξιδέψετε στο διάστημα εξαρτάται από το πόσο προωθητικό έχετε στον πύραυλο σας και από το πόσο αποτελεσματικά μπορείτε να τον χρησιμοποιήσετε. Αλλά υπάρχει μια πηγή ελεύθερου προωθητικού ακριβώς εδώ στο Ηλιακό Σύστημα - ο Ήλιος - που εκπέμπει φωτόνια προς όλες τις κατευθύνσεις. Απλά πρέπει να τα πιάσεις.
Και αυτή τη στιγμή, το Το νέο LightSail 2 της Planetary Society Το διαστημόπλοιο δοκιμάζει πόσο καλά θα λειτουργήσει.
Τα ηλιακά πανιά είναι μια έξυπνη ιδέα που σκέφτηκε για πρώτη φορά ο Johannes Kepler το 1600, καθώς φανταζόταν ότι τα πανιά και τα πλοία θα μπορούσαν να προσαρμοστούν στα διαστημικά ταξίδια. Φυσικά, δεν καταλάβαινε ακόμη πλήρως τη φυσική που εμπλέκεται.
Αλλά με σημαντικές ανακαλύψεις στη σωματιδιακή φυσική και την κβαντομηχανική στις αρχές του 20ου αιώνα, οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι το ίδιο το φως θα μπορούσε να λειτουργήσει σαν άνεμος που φυσά ένα πανί στο διάστημα.
Αν και τα φωτόνια δεν έχουν μάζα, μπορούν να προσδώσουν ορμή όταν αναπηδούν από μια εξαιρετικά ανακλαστική επιφάνεια - αυτό είναι ένα ελαφρύ πανί. Δεν είναι πολύ, αλλά στο κενό του χώρου, δεν υπάρχει αντίσταση αέρα για να επιβραδύνει το πανί. Με αρκετά φωτόνια και αρκετό χρόνο, ένα ελαφρύ πανί μπορεί να επιταχύνει σε απίστευτα υψηλές ταχύτητες.
Χρησιμοποιώντας έναν χημικό πύραυλο, θα μπορούσατε να μετατρέψετε ολόκληρη τη μάζα του παρατηρήσιμο Σύμπαν σε καύσιμο πυραύλων και δεν θα κάνατε ένα μικρό διαστημόπλοιο να πηγαίνει ταχύτερα από 0,2% της ταχύτητας του φωτός. Αλλά ένα ελαφρύ πανί μπορεί θεωρητικά να σας οδηγήσει σε σχετικιστικές ταχύτητες, ταξιδεύοντας από αστέρι σε αστέρι σε μια ανθρώπινη ζωή.
Το LightSail εκτοξεύεται στο X-37B στις 20 Μαΐου 2015. Credit: The Planetary Society
Εφόσον απεριόριστο ελεύθερο προωθητικό προέρχεται από τον Ήλιο και είναι δυνατές τεράστιες ταχύτητες, γιατί δεν υπάρχουν παντού ηλιακά πανιά;
Καλή ερώτηση.
Είναι ένα ερώτημα που το Πλανητική Εταιρεία έχει εμμονή για χρόνια τώρα και τελικά λάνσαρε ένα πραγματικό ηλιακό πανί για να προσπαθήσουν να καταλάβουν πόσο καλά λειτουργούν πραγματικά.
Εικονογράφηση καλλιτέχνη του ηλιακού πανιού Cosmos 1. Credit: The Planetary Society
Το 2005, προσπάθησαν να εκτοξεύσουν το πρώτο ηλιακό πανί στον κόσμο, Κόσμος 1 , αλλά μια αστοχία πυραύλου το κατέστρεψε. Στη συνέχεια, επέστρεψαν στη δουλειά, αναπτύσσοντας το LightSail 1, το οποίο εκτοξεύτηκε το 2015 και δοκίμασε με επιτυχία την ανάπτυξη του ηλιακού τους πανιού στο διάστημα.
Και τελικά, το 2019, η Planetary Society ήταν έτοιμη να δοκιμάσει πραγματικά την ιστιοπλοΐα στο διάστημα.
Η αποστολή Falcon Heavy STP-2 εκτοξεύτηκε από το Διαστημικό Κέντρο Κένεντι την Τρίτη, 25 Ιουνίου 2019. Πίστωση εικόνας: Alex Brock Instagram: @alexhbrock, Ιστότοπος: www.alexhbrock.com
Στις 25 Ιουνίου 2019, α SpaceX Falcon Heavy εκτοξεύτηκε από το Ακρωτήριο Κανάβεραλ της Φλόριντα που μετέφερε 24 διαστημόπλοια για την αποστολή STP-2 της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ. Αυτή ήταν η τρίτη φορά που εκτοξεύτηκε το Falcon Heavy και όλοι ελπίζαμε ότι θα προσγειωνόταν με επιτυχία στη μέση του σκηνή. Α, όχι τόσο, αυτό είναι ακόμα στη λίστα υποχρεώσεων. Αλλά αυτό το βίντεο δεν αφορά.
Τέλος πάντων, εκτός από τους μυστηριώδεις δορυφόρους της Πολεμικής Αεροπορίας, το Falcon Heavy μετέφερε το LightSail 2 της Planetary Society στο διαστημόπλοιο Prox-1, το οποίο απελευθέρωσε σε υψόμετρο 720 χιλιομέτρων.
Στη συνέχεια, στις 23 Ιουλίου 2019, το διαστημόπλοιο ανέπτυξε το ηλιακό του πανί.
Φωτογραφία της ανάπτυξης πανιών του LightSail 2. Credit: The Planetary Society
Άνοιξε τις αρθρωτές ηλιακές συστοιχίες του και στη συνέχεια ξετύλιξε τέσσερις βραχίονες πανιών που μοιάζουν με μεζούρα, τυλίγοντας τα 4 τριγωνικά πανιά του, αναπτύσσοντας 32 τετραγωνικά μέτρα επιφάνειας πανιών.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτό το διαστημόπλοιο είναι μικροσκοπικό, με βάρος μόλις 5 κιλά ή 11 λίβρες, περίπου όσο ένα καρβέλι ψωμί.
Καθώς περιφέρεται γύρω από τη Γη, το διαστημόπλοιο ταλαντεύει τα πανιά του μέσα και έξω από το ηλιακό φως, με κάθε περίοδο να ανεβάζει την τροχιά του κατά μερικές εκατοντάδες μέτρα την ημέρα.
Αυτό ακούγεται υπέροχο, δυστυχώς, το LightSail 2 δεν διαθέτει τα συστήματα ελέγχου για να ελέγξει τη γωνία του αρκετά προσεκτικά ώστε να παραμείνει σε τροχιά επ' αόριστον.
Απεικόνιση καλλιτέχνη για το πώς το LightSail 2 θα ανεβάσει την τροχιά του. Credit: The Planetary Society
Ενώ αυξάνει την τροχιά του στη μία πλευρά της Γης κατά αρκετές εκατοντάδες μέτρα την ημέρα, δεν μπορεί να γέρνει τα πανιά με αρκετή ακρίβεια για να αποτρέψει τη μείωση της τροχιάς του στην άλλη πλευρά του πλανήτη. Τελικά θα βυθιστεί στην ατμόσφαιρα της Γης και θα καεί.
Αλλά ελπίζουμε ότι οι μηχανικοί της Planetary Society θα έχουν επιτέλους μάθει πόσο πρακτικό μπορεί να είναι ένα ηλιακό πανί για την εξερεύνηση του διαστήματος.
Είναι ακόμα σε τροχιά και επιστρέφει καταπληκτικές φωτογραφίες του πλανήτη μας .
Το LightSail 2 απαθανάτισε αυτήν την εικόνα του Μεξικού στις 12 Ιουλίου 2019. Η εικόνα κοιτάζει ανατολικά σε όλο το Μεξικό. Το άκρο της χερσονήσου Baja βρίσκεται στα αριστερά και στο άκρο δεξιά είναι η τροπική καταιγίδα Barry. Πίστωση εικόνας: The Planetary Society
Με το LightSail 2 της Planetary Society να στέλνει δεδομένα στο σπίτι, να διδάσκει στους ελεγκτές αποστολής να πλέουν στο διάστημα, αυτά θα είναι πολύτιμα μαθήματα για μελλοντικές αποστολές που ενδέχεται να χρησιμοποιήσουν αυτήν την τεχνολογία ως πραγματική μέθοδο πρόωσης.
Μια αποστολή στα σκαριά είναι Ο ανιχνευτής αστεροειδών της NASA κοντά στη Γη , ή NEA Scout . Αυτή η αποστολή Cubesat θα μπορούσε να πετάξει ως δευτερεύον ωφέλιμο φορτίο με την πρώτη δοκιμή του συστήματος διαστημικής εκτόξευσης της NASA, την αποστολή χωρίς πλήρωμα EM-1, η οποία θα μπορούσε να εκτοξευθεί ήδη από τον Ιούνιο του 2020.
Μετά την ανάπτυξή του από την κάψουλα Orion, το NEA Scout θα άνοιγε τα ηλιακά του πανιά, διπλάσια από το LightSail 2, και στη συνέχεια περνούσε δύο χρόνια ταξιδεύοντας σε έναν αστεροειδή κοντά στη Γη για να τον μελετήσει από κοντά.
Δεν γνωρίζουμε ακόμη τον στόχο, αλλά ένας πιθανός προορισμός μπορεί να είναι το κοντά στη Γη αντικείμενο 1991 VG, το οποίο ανακαλύφθηκε το 1991 λίγο πριν περάσει περίπου την απόσταση από τη Γη στη Σελήνη. Και μετά επέστρεψε τον Αύγουστο του 2017. Θα θέλαμε να παρακολουθούμε αυτόν τον βράχο ως πιθανή απειλή, αλλά και έναν θησαυρό μετάλλων και ορυκτών που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη μελλοντική εξερεύνηση του Ηλιακού Συστήματος.
Μια άλλη αποστολή που θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει ένα ηλιακό πανί είναι το Japan's Oversize Kite-craft for Exploration and Astronautics in the Outer Solar System ή ΩΚΕΑΝΟΣ . Αυτή θα ήταν μια αποστολή στους Τρωικούς αστεροειδείς, οι οποίοι βρίσκονται στα σημεία L4 και L5 Ήλιου-Δία Lagrange.
Η ιδέα του καλλιτέχνη για τους Τρωικούς αστεροειδείς, τα μικρά σώματα που κυριαρχούν στο ηλιακό μας σύστημα. Πίστωση: NASA
Αυτά είναι ένα ιδανικό μέρος για τη μελέτη αστεροειδών, επειδή ο Δίας και η βαρύτητα του Ήλιου έχουν παγιδεύσει έναν μεγάλο αριθμό σε ένα σημείο και μια αποστολή μπορεί εύκολα να δοκιμάσει πολλούς διαφορετικούς αστεροειδείς.
Η OKEANOS θα είχε ένα υβριδικό ηλιακό πανί, καλυμμένο με ηλιακά πάνελ, το οποίο θα χρησιμοποιούσε επίσης για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας για τα όργανα και τον κινητήρα ιόντων.
Η Ιαπωνία ήταν μια από τις πρώτες χώρες που δοκίμασαν ποτέ ένα ηλιακό πανί, με τους IKAROS mission που αναπτύχθηκε το 2010 και τελικά κέρδισε εκατοντάδες μέτρα το δευτερόλεπτο ταχύτητας χρησιμοποιώντας το ηλιακό πανί.
Εικονογράφηση καλλιτέχνη του ΙΚΑΡΟΣ. Πίστωση: JAXA
Ο ΩΚΕΑΝΟΣ μπορεί να έρθει ακόμη και με προσγείωση. Χάρη στην εμπειρία τους με το Hayabusa2 και τον αστεροειδή Ryugu, η JAXA έχει μάθει πολλά σχετικά με την προσγείωση και τη συλλογή δειγμάτων από μικροσκοπικούς αστεροειδείς.
Εάν όλα πάνε καλά, το OKEANOS θα εκτοξευθεί στα μέσα της δεκαετίας του 2020 με ένα όχημα εκτόξευσης H-IIA, χρησιμοποιώντας αρκετές υποβοηθήσεις βαρύτητας για να πραγματοποιήσει το ταξίδι προς τον Δία. Και αν η αποστολή είναι πραγματικά επιτυχής, θα μπορούσε να φέρει ακόμη και ένα δείγμα αστεροειδούς Trojan πίσω στο σπίτι.
Η ιδέα του καλλιτέχνη για το σεληνιακό προσεδάφιο συνδυάστηκε με τη Σεληνιακή Τροχιακή Πλατφόρμα-Πύλη. Πίστωση: Lockheed Martin
Η NASA εξετάζει ακόμη και προσθέτοντας ένα ηλιακό πανί στο Deep Space Lunar Gateway. Σε μια ειδική εκδήλωση σχεδιασμού για το Deep Space Gateway το 2017, μέλη της Καναδικής Διαστημικής Υπηρεσίας παρουσίασαν την ιδέα ενός ηλιακού πανιού που θα μπορούσε να προστεθεί στον σταθμό. Το συνεχιζόμενο φως από τον Ήλιο θα παρείχε μια σταθερή ώθηση που θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει ο σταθμός για να διατηρήσει την τροχιά του χωρίς πρόωση. Κρατημένο σε έναν καναδικό ρομποτικό βραχίονα –τι άλλο– ένα ηλιακό πανί 50 τετραγωνικών μέτρων θα μπορούσε να εξοικονομήσει στον σταθμό 9 κιλά υδραζίνης ετησίως, που είναι ακριβό να μεταφερθεί από τη Γη στη Σελήνη.
Μια αποστολή που πιθανότατα γνωρίζετε είναι η ιδέα του Breakthrough Starshot. Αντί να χρησιμοποιεί το φως από τον Ήλιο ως πρόωση, το Breakthrough Starshot ελπίζει να χρησιμοποιήσει ισχυρά λέιζερ που θα επιταχύνουν μικροσκοπικούς δορυφόρους σε διαστρικές ταχύτητες.
Αυτά θα μπορούσαν να είναι το πρώτο διαστημόπλοιο που στέλνει ποτέ εικόνες στο σπίτι από άλλο σύστημα αστέρων. Έχουμε κάνει ένα ολόκληρο επεισόδιο σε αυτό και σε μια άλλη βαρύτερη αποστολή πανιών λέιζερ που ονομάζεται Project Dragonfly.
Δυστυχώς, χρειάστηκε περισσότερος χρόνος για τις διαστημικές υπηρεσίες να ενσωματώσουν ηλιακά πανιά στις αποστολές τους από ό,τι θα ήλπιζα. Είναι κατανοητό, είναι περίπλοκα και εύθραυστα και απαιτούν ακριβή προσανατολισμό. Είναι λογικό ότι οι σχεδιαστές αποστολών θα χρησιμοποιούσαν δοκιμασμένους και αληθινούς χημικούς πυραύλους ή αποτελεσματικούς κινητήρες ιόντων για να προωθήσουν το διαστημόπλοιό τους σε όλο το Ηλιακό Σύστημα.
Αλλά καθώς όλο και περισσότερα ηλιακά πανιά εκτοξεύονται και δοκιμάζονται, οι μηχανικοί θα αποκτούν μεγαλύτερη αυτοπεποίθηση για τους καλύτερους τρόπους χρήσης τους ως μέρος μιας αποστολής. Μπορώ να φανταστώ ένα μέλλον όταν σχεδόν κάθε αποστολή έχει ένα εφεδρικό ηλιακό πανί επί του σκάφους, σε περίπτωση που κάτι πάει στραβά με τον κύριο κινητήρα.
Πάντα με γοήτευε η δυνατότητα της ηλιακής ιστιοπλοΐας και παρακολουθούσα κάθε ανακάλυψη και προχωρούσα με ενθουσιασμό. Είμαι πολύ χαρούμενος που η Planetary Society έφτασε μέχρι εδώ με τις δοκιμές της. Έκαναν ολόκληρη την αποστολή για 7 εκατομμύρια δολάρια, με χρηματοδότηση από μέλη της Planetary Society, ιδιώτες και μια εκστρατεία Kickstart. Εάν θέλετε να υποστηρίξετε αυτήν και μελλοντικές αποστολές για να βοηθήσετε στην εξερεύνηση του Ηλιακού Συστήματος, μεταβείτε στο planetary.org για να μάθετε περισσότερα.