Představte si solární plachtu, která by mohla pohánět vesmírné plavidlo vakuem vesmíru jako vítr, který pohání plachtu zde na Zemi. NASA a další kosmické agentury berou tuto myšlenku vážně a pracují na různých prototypových technologiích. Edward Montgomory je technologickým ředitelem oblasti Solar Sail Propulsion v NASA. Právě testovali 20 metrů (66 stop) plachtu ve výzkumném středisku Glenn Research Center Plum Brook v Sandusky v Ohiu.
Poslechněte si rozhovor: NASA testuje sluneční plachtu (3,7 mb)
Nebo si objednejte podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain - Můžete mi dát nějaké informace o solárních plachtách obecně?
Edward Montgomery - Jedná se o technologii, o kterou se naše agentura dlouhodobě zajímá, ale historie sahá až o několik set let zpět k Fredrickovi Sanderovi na přelomu století (19.). V nedávné době jsme zjistili, že pokroky v několika konkrétních oblastech způsobily, že se musíme skutečně zabývat. Kompozitní materiály, které vyšly v posledních několika letech, například ve sportovním vybavení, které je vyrobeno z ultra lehkých prutů, a filmové technologie, která nějakým způsobem souvisí například s materiálem a poli integrovaných obvodů a barvy aditiva. Tato pole umožnila stavět vesmírné struktury, které jsou podobné gossamerům, a my jsme to nikdy nebyli schopni udělat až před několika desítkami let (nyní) a jakmile se vám podaří dostat ten druh hmoty dolů opravdu nízko, pak to nebere moc síly k tomu, aby z toho nějakého zrychlení a dobrého pohonu.
Jak může světlo poskytnout pohon hliníkové fólii ve vesmíru?
To je velmi fascinující vlastnost, kterou má světlo; to opravdu nemá masu, takže to nemůže odrazit od něčeho, ale ve skutečnosti to interaguje s překážkami; uděluje to hybnosti a to bylo teoretizováno Einsteinem a bylo prokázáno v řadě laboratorních experimentů.
Jaká je technologie, kterou právě testujete v NASA?
Bereme jeden konkrétní koncept sluneční plachty, kterým je čtvercová plachta; má 4 výložníky, které vyjdou a mezi výložníky jsou trojúhelníkové plachty a tento systém je navržen tak, aby nesl užitečné zatížení, které je relativně skromné co do velikosti: užitečné zatížení robotické vědy. Díváme se na několik misí do vnitřní sluneční soustavy, abychom studovali fyziku Slunce a to, jak interaguje se Zemí.
Takže posíláte svou sluneční plachtu z naší pozice; na oběžné dráze Země, blíže ke Slunci? Zní mi to trochu dozadu.
No, tah, který plachta může produkovat, je úměrný síle slunečního světla a jak se přibližujete ke Slunci, síla tohoto pohonu stoupá jako čtverec vzdálenosti, jak se přiblížíte, takže to funguje mnohem více účinně blízko Slunce. Mise, které se plánovaly podívat se na vnější sluneční soustavu; Téměř všechny z nich zahrnovaly nejprve jít do vnitřní sluneční soustavy létající poblíž Slunce a získat dobrou podporu a pak jít ven. Ale krátkodobé mise, na které se díváme, jsou mise, které se vznášejí; nejdou opravdu rychle. Mezi gravitačním tahem Země a gravitačním tahem Slunce, který se nazývá Lagrangeův bod, existuje rovnovážný bod a nyní zde máme satelity. To nevyžaduje žádný zvláštní pohon, ale pokud chcete sedět a vznášet se v určitém bodě blíže ke Slunci (aby se dostal) k tomuto konkrétnímu bodu ve vesmíru, pak musíte mít nějaké hnací schopnosti a naši vědci mají intenzivní zájem v tom, že chceme být v tom okamžiku. Dokážete si představit, jak by to mohlo být výhodné místo pro vložení některých nástrojů mezi Zemi a Slunce, abyste pochopili, jak je tato fyzická vlastnost.
Dobře, takže chápu; Bylo by to, jako by Slunce bylo fanouškem a měl jsi svou plachtu a nechal jsi ji unášet dolů směrem ke Slunci do té míry, že síla sluneční energie, která z ní vychází, je dokonale vyvážená, aby udržovala sluneční plachtu v tomto bodě. Nepřekročilo by to ani víc, ani blíž.
Že jo. To je správně.
Jaké experimenty by vás zajímalo, kdybyste se dostali tak blízko a byli schopni udržet stanici?
Jsem inženýr pohonu, ne výzkumný pracovník; dokážou mnohem lépe vysvětlit, co přesně studují, ale některé nástroje, které hodlají použít, měří magnetosféru a při jejich měření měří částice s vysokou energií. Zvláště zajímavé je snímání výronů koronální hmoty; to jsou velké světelné události, ke kterým dochází na slunci, že jakmile dorazí na Zemi, mohou skutečně narušit naši komunikaci a skutečně mohou poškodit a zničit citlivá elektronická zařízení. Takové vzplanutí v roce 1986 způsobilo pouze několik milionů dolarů škody v samotné Severní Americe, takže chceme být schopni předvídat tyto události, když se odehrávají, a pokud máme dost času na varování, můžeme vypnout zařízení nebo za určitých podmínek je udržet od zranění, takže je důležité vědět, kdy se blíží vypuštění koronální hmoty.
Co by mohla budoucnost vydržet pro tuto technologii s možností prozkoumat vnější sluneční soustavu?
To je dobré. Jak jsem právě zmínil, tyto koronální masové výboje mohou být také velmi škodlivé pro naše astronauty, takže NASA v blízké budoucnosti hledá návrat na Měsíc a Mars, o kterém se hodně diskutovalo. Budeme muset být schopni předvídat, kdy k těmto událostem (vystřelení koronální hmoty) dojde, aby se naši astronauti mohli z těchto událostí dostat do bezpečných rájů, takže pravděpodobně budeme muset umístit tyto varovné satelity poblíž měsíce a marsu a případně kolem solární systém pro varování v tom. (Poté) nakonec v budoucnu existuje intenzivní zájem chtít pochopit strukturu naší sluneční soustavy mimo oběžnou dráhu Pluta, zejména heliopause, nyní kosmická loď Voyager právě vstoupila do této oblasti; tam se objevily nějaké zajímavé výsledky; a v této oblasti vesmíru bychom toho měli vědět spoustu. Hned za tím je něco, co se nazývá Oortův mrak, což je údajně oblast vesmíru, kde mnoho komet, které vidíme, žije většinu svého života, ale občas přicházejí na Slunce. Je tedy třeba udělat hodně vědy; pozorování a průzkum těsně za okraji sluneční soustavy.
Mohlo by se při stavbě sluneční plachty něco jiného stát, že by mohlo cestovat ven do vnější sluneční soustavy, na čem právě teď pracujete?
To nemusí být. Mohli byste vzít technologii, kterou nyní sledujeme, aby vydali tyto signály vystřelení koronální hmoty, a mohli byste tuto plachtu vyslat na misi. Problém je v tom, že by bylo třeba nebo více se dostat k těm Oortovým mrakům a ven do Heliopause. Pokud dokážeme postavit plachtu, která je řádově stejná nebo desetina hmotnosti na stejné ploše; to je 10krát lepší, pokud chcete, pak můžeme udělat stejnou misi za poloviční čas, takže abychom opravdu začali uvažovat o této misi, budeme chtít stavět plachty s vyšší výkonností, aby to opravdu udělali a udělali to během našeho života, jestli budeš.
Jaký je nyní časový rámec s prototypem, který testujete, a vaše budoucí plány?
To je něco, co se v agentuře právě teď děje; zejména existuje vědecký poradní výbor, který se schází a určuje, jaké jsou jejich vědecké priority, a který stanoví datum, kdy je třeba plachty připravit. Když to může být hotové… dobře, co jsme dělali za poslední 3 roky, které vyvrcholily těmito testy v Plumbrooku, je udělat to nejlepší, co můžeme na zemi, pro navrhování a provozování sluneční plachty v simulovaném vesmírném prostředí. Dalším krokem je jít do vesmíru a to bude důležitý krok. Skutečně musíme letět se sluneční plachtou a podívat se, jak to funguje v kosmickém prostoru: zatížení na konstrukci plachty je mnohem, mnohem menší, než jaké jsou zde na zemi. Gravitace zatěžuje plachty 4000krát vyšší, než co Slunce udělá. Skutečně skutečné prostředí je tedy ve vesmíru a my ho musíme vyzkoušet (plachtu). Je to dalších 3-5 let, aby se něco takového stalo, a pak bude připraveno na to, aby se naplnilo vědeckou misí; Nominální fáze plánování a vývoje vesmírných misí 3-5 let. Takže v příštím desetiletí určitě očekávám létání sluneční plachty.
