Ezt a cikket eredetileg a Supercluster közzétette, amely az emberiség legnagyobb világűr történeteinek elmondására szolgál.
Carl Sagan arról álmodozott, hogy navigáljon a Naprendszerben olyan vitorlakon, amelyeket a napfény-széllökések támasztottak alá, és a csillagunkból kiléptek.
A Bolygószövetség, amelynek vezetője Bill Nye, a „Tudományos srác” vezérigazgató, célja, hogy ez az álom valósággá váljon, és nem nagyobb, mint egy cipődoboz. Ezek a „napvitorlák”, amelyeket csak néhány alkalommal teszteltek, egy nap űrhajókat szállíthatnak más bolygókra, vagy esetleg más csillagrendszerekre.
A napfényes vitorlázás következő szakasza június 24-én indult, amikor egy SpaceX Falcon Heavy rakéta felemelkedett a rakétán a floridai Kennedy Űrközpontban. Hatalmas orrkúpjának belsejében, két tucat egyéb műhold között ült egy apró űrhajó: kenyér-kenyér méretű eszköz, amelyet arra terveztek, hogy a napfény nyomását kihasználó gosszoros vitorlákkal meghajtja magát.
A LightSail 2-nek nevezhető vízi jármű kezdheti az űrrepülés új korszakát - amelyben az űrhajó feladja a rakétamotorokat, amelyekre évtizedek óta támaszkodtak, és elegánsan vitorláznak a napsütés szélén. Körülbelül hét nappal az indulás után a LightSail 2 kiugrik a konténeréből, kinyújt négy négylábú gémet és négy Mylar tükörszerű lapot helyez el, amelyek együttesen 340 négyzetláb hosszú, sárkány alakú vitorlát alkotnak. A következő rész tiszta kozmikus varázslat.
A Planetary Society szerint a LightSail 2 lesz az első olyan vízi jármű, amely szigorúan fény alapján navigál, miközben a Föld pályáján van. A LightSail ezután úgy viselkedik, mint egy vitorlás, hogy megnövelje magasságát, ami megszerzi annak megkülönböztetését, hogy ő az első űrhajó, amely a bolygónk körül egy magasabb pályára halad. Ez az égbeli navigáció egy újabb lépés lehet Carl Sagan azon álma felé, hogy a kozmoszon átutazzanak a fény sugarai által visszatükrözött vitorlákkal.
**********
Mi van, ha kinyújtja a kezét a nap felé? Heat. De a meleg között rejtőzik egy olyan nyomás, hogy egy perc alatt soha nem veszi észre. Maga a fény olyan erőt gyakorol, mint egy szeles szellő, de olyan finom, hogy soha nem veszi észre. A Földön nagyjából megegyezik a kezedben levő gémkapocsmal.
De a tér közeli vákuumában akár egy perces nyomás is jelentős hatást gyakorolhat, mivel minden nap, óráról órára tolja. És a rakétaüzemanyagokkal ellentétben, ingyenes és gyakorlatilag korlátlan mennyiségű napfény van. Ha ki tudjuk használni ezt az erőt, akkor használhatjuk; csak vitorlákra van szükségünk. Mint a régi, jövőbeli űrhajók tengerészei (és az űrutazók) a nap segítségével el tudták hajtani magukat a hatalmas kozmikus kiterjedésbe - vagy legalábbis Sagan elképzelte ezt.
Ábra egy űrrepülőgépről, amely könnyű vitorlát enged ki a rakományteremből. (JPL) Sagan nagy látomással bírt az űrkutatás jövőjéről, és azt képzelte, hogy az űrhajósok részt vesznek a galaktikus intergatatok regattáiban, űrhajóik versenyzésével az univerzumon keresztül a csillagfény erejének kihasználásával. De nem ő volt az első, aki elképzelte az emberiséget, amely a fény útján vitorlázik.
Négy évszázaddal ezelőtt egy üstökös csúszott az égen, felkeltette Johannes Kepler német csillagász figyelmét. Észrevette, hogy az üstökös farka úgy tűnik, hogy kiszélesedik mögött. Úgy gondolta, hogy a napfénynek melegítenie kell az üstökösöt és szabadulnia kell az anyag felületéről. Ez a szelíd megfigyelés arra késztette Kepler-t, hogy a napfény hasznos meghajtási formát öltsön.
„Gondoskodjon hajókról vagy vitorlákról, amelyek igazodnak a mennyei szellőhöz, és lesznek olyanok is, akik még az ürességet is megbátorítják” - írta a Galileónak 1608-ban.
Kepler a tudományos reneszánsz közepette élt, egy olyan idő alatt, amikor az emberiség megértette a helyét a kozmoszban. A Föld nem a Naprendszer központja volt, hanem valójában sok csillag körül keringő bolygók egyike. Mivel a hajókat - az akkori általános utazási formát - szelek hajtják, csak természetesnek tűnik, hogy Kepler úgy látná az embereket, hogy az űrben vitorláznak, ugyanúgy, ahogy a tengerészek a tengereket navigálják.
De évszázadokba telne, hogy Kepler álmai valóra váljanak.
1865-ben James Clerk Maxwell megmutatta a világnak, hogy a fény tartalmaz fotonoknak nevezett energiacsomagokat, és a fotonok lendületet adtak más tárgyakhoz. Ha egy foton érintkezésbe került egy objektummal, mint például egy fényes napelemes vitorla, akkor az energiájának egy részét átadja és előremozgatja a vitorlát.
Különböző könnyű vitorla alakzatok. (Raquel Scoggin / Supercluster) A II. Világháború utáni sziklakertészet előrehaladásával és a Sputnik 1957-es elindításával a kozmosz felfedezésének gondolata hirtelen a tudományos fantasztikusról a valóság felé tolódott el, és a napelemes vitorlázás ismét vonzónak tűnt a meghajtásnak.
Nem sokkal a kezdete után a NASA elkezdte tervezni az ambiciózus űri missziók sorozatát, ideértve több napelemes vitorlás tanulmány finanszírozását. Az 1970-es években egy tervet keltettek egy üstököskel való találkozásra - ugyanaz az üstökös, amelyet Kepler az égen évszázadok óta kémkedett. Ezt az űrhajót napelemes vitorlával szerelték fel, amely a nap energiáját felhasználja utazásához. Sajnos a tervet már lebontották, mielőtt elérte volna a rakodólapot, de a napenergia vitorlázásának gondolata tovább élne.
Lou Freedman, a NASA mérnöke, aki azon a most már nem működő küldetésen dolgozott, továbbra is meg volt győződve arról, hogy a napelemes vitorlás a meghajtás megvalósítható formája. Ő (Carl Sagannel és Bruce Murray-vel, a NASA sugárhajtómű-laboratóriumának korábbi vezetõjével) 1980-ban nagyrészt társult a Bolygó Társasággal, hogy a napenergia vitorlázását valósággá változtassa.
„A napelemes vitorlázást általában beépítették a Bolygó Társaság DNS-ébe, még mielőtt megalapítottuk volna” - mondja Jennifer Vaughn, a társadalom vezérigazgatója, a Supercluster . "Mindhárom alapítónknak volt kéz a napfény vitorlázásának korai szakaszában."
**********
Nagy kihívásnak tűnik annak kigondolása, hogyan lehet felépíteni egy hatalmas, rendkívül könnyű vitorlát. De a csoport kitartott, és a társadalom első napfényes vitorlázása 2005-ben végül a Kosmos 1 nevű űrhajó formájában érte el a rakétát. Sajnos a leendő műhold nem jutott pályára, és Oroszország közelében összeomlott a Barents-tenger. Még tíz év telik el, mielőtt a Bolygó Társaság elérte első napenergia-vitorlás sikerét.
A napenergia vitorla diagramja. (JPL) A misszióvezetõk visszamentek a rajzasztalhoz, és úgy döntöttek, hogy kisebb gondolkodásba lépnek a következõ kísérletre. A körülbelül egy kenyér méretű kockakerekek felrobbantak az űrrepülési jelenetre, olcsóbb alternatívát biztosítva a hagyományos, terjedelmes műholdak számára.
Bill Nye szerint a CubeSats megjelenése a jelenlegi négyzet alakú vitorla kialakításához vezetett. "A négyzet alakú vitorla elég jó kiindulási pontnak és nagyon jó formanak bizonyul" - mondta Nye a Supercluster-nek.
Az eredményül kapott, a LightSail 1 nevű kézműves a Cosmos 1 kicsinyített változata volt. Ez a cipődobozos méretű mini-műholdas, amelyet 2015-ben indítottak el, az Atlas V rakéta elmozdulásával és az Légierő titkos X-37B űrsíkjának körüli pályára repüléssel ment. .
Keringési pályáján a LightSail 1 bebizonyította, hogy sikeresen képes a vitorláját az űr vákuumában elhelyezni. De az apró műholdas küldetés során rengeteg probléma merült fel, beleértve a szoftverhibákat, a jelvesztéseket és az akkumulátorokat. Az alacsony földi pályán zajló heves idő után az apró kézműves bevette nevét: négy fényes mylar vitorla, amely igazolja, hogy egy teljes csomagban könnyű vitorlát helyezhetsz el.
Hátrányai ellenére, a technológia demonstrációjaként a LightSail 1 sikeres volt. Az ünneplés érdekében visszatükrözték a végső szelfi. De az emberek fel is nézték, és megpróbálták észrevenni a kézműveket, amikor a föld fölé emelkedett. Nye még észrevette az apró műholdas fényt az éjszaka, amikor az áthaladt New York City fényszennyezett égén.
Nagyon kevés részecskével, amelyek lelassíthatják a könnyű vitorlást húzással, az idővel nagyon nagy sebességre gyorsíthatja az űrhajót. (Raquel Scoggin / Supercluster) Erre a pontra jutás hatalmas eredmény volt a Planetary Society számára, amely nonprofit szervezet alakult az űrtudomány és a kutatás előmozdításához. "Az űr hozza ki a legjobbat bennünk" - mondja Bill Nye. "Minden ember és nemzetiség számára vonzó."
A Planetary Society több mint 40 000 tagja támogatta ezt a küldetést (és a napelemes vitorlázás fejlesztését), 5 és több mint 1 millió dollárból adományozva a szervezet finanszírozására.
„Hihetetlenül ritka, hogy lehetősége nyílik az új űrhajó-meghajtó technológia első szakaszaiban való részvételre” - mondta Bruce Betts, a LightSail missziókezelője. „Nincs olyan sok. A kezdeti szakaszokban való részvétel, a napfényes vitorlázás első lépései nagy megtiszteltetés. ”
**********
Az évek során, míg a Planetary Society építette a vitorlás hajóikat, a világ többi részén is vitorláztak.
Elindult egy CubeSail nevű, 2015-ös tesztmisszió, amelyet az Egyesült Királyságban a Surrey Űrközpont épített, de nem sikerült megfelelő módon telepíteni. Három másik vitorlás kis küldetésnek - a NASA NanoSail-D, a kanadai CanX-7 és a Surrey's InflateSail - sikerrel járt, ám ugyanúgy, mint a LightSail 1, küldetéseik az alacsony földi pályára korlátozódtak.
A napenergia vitorla diagramja. (JPL) Japán eddig a legnagyobb sikerrel zajlott a napfényes vitorlázással, mivel a Nap sugárzása által felgyorsított bolygóközi sárkányhajó (IKAROS), amelyet 2010-ben keringtek a körüli pályára, egyszer a mély űrben 46 méter szélesre csapott. négyzet alakú vitorlát, és a történelem során először kezdett kormányozni és megváltoztatta sebességét a napsütés erejével.
Az űrhajónak napelemeit is beágyazta a sárkány alakú vitorlásába, hogy áramot termeljen. A sejtektől nem várták, hogy repülés közben sok energiát termeljenek, hanem ehelyett a jövőbeni ionmeghajtó motorok próbapadjává váltak.
Az IKAROS a következő három évet az alacsony nyomás mért gyorsulásának mérésével töltötte. A vitorlásba ágyazott folyadékkristályok (hasonlóan az LCD elektronikus kijelzőhöz) felhasználásának különböző módszereit kipróbálta, amelyek beállíthatják a vízi jármű fényvisszaverő képességét és megváltoztathatják sebességét. A paneleken átáramló villamosenergia növeli a reflexiót, lehetővé téve az űrhajó előrehaladását, míg az áramlás kikapcsolása diffúzabbá tette a napfény nyomását.
A japán űrhivatalnokok szerint az IKAROS a misszió tervezett 2015-ös befejezése előtt is módosította útját és irányát. A kapcsolat elveszett az IKAROS-szal, de az ezt követő nyomkövetés azt mutatja, hogy a napelemes vitorla továbbra is hurcol a nap körül a Föld és a Vénusz között, és pályájának alakja folyamatosan változik a fénynyomás változása következtében.
De a sikerével együtt az IKAROS adatai azt mutatják, hogy még hosszú utat kell megtennünk, mielőtt teljes mértékben felismernénk a napelemes vitorlázás potenciálját. A Planetary Society reméli, hogy ha minden a terv szerint megy, a LightSail 2 segít a napelemes vitorlák megbízható, olcsó, nulla hajtógáz-módszerré alakításában az űrben történő repüléshez.
Innentől kezdve a lehetőségek szinte korlátlanok. Könnyű vitorla segítségével egy űrhajó eljuthatna a holdra, aszteroidákra, Jupiterre - bárhol fúj a fényszél, üzemanyag nélkül.
