Kje lahko potujete v vesolju, je odvisno od tega, koliko goriva imate na krovu rakete in kako učinkovito jo lahko uporabljate. Samo ujeti jih morate.
In ravno zdaj novo vesoljsko plovilo LightSail 2 Planetarnega društva preizkuša, kako dobro bo delovalo.
Sončna jadra so domiselna ideja, ki jo je Johannes Kepler prvič pomislil v 1600-ih, saj je zamislil, da bi lahko jadra in ladje prilagodili vesoljskim potovanjem. Seveda še ni popolnoma razumel vpletene fizike.
Toda z večjimi odkritji fizike delcev in kvantne mehanike v zgodnjem 20. stoletju so znanstveniki spoznali, da lahko svetloba deluje kot veter, ki piha v jadro v vesolju.
Čeprav fotoni nimajo mase, lahko dajo zagon, ko odbijajo visoko odbojno površino - to je svetlo jadro. Ni veliko, toda v prostorskem vakuumu ni zračnega upora, ki bi upočasnil jadro. Z dovolj fotonov in dovolj časa lahko lahkotno jadro pospeši do neverjetno velikih hitrosti.
S kemično raketo bi lahko celotno maso opazovanega Vesolja pretvorili v raketno gorivo in ne bi prišlo do majhnega vesoljskega plovila, ki bi šel hitreje od 0,2% hitrosti svetlobe. Toda lahkotno jadro teoretično vas lahko popelje do relativističnih hitrosti, ki potujejo od zvezde do zvezde v človeškem življenju.
Ker neomejeno brezplačno gorivo prihaja s Sonca in so možne ogromne hitrosti, zakaj niso povsod sončna jadra?
Dobro vprašanje.
To je vprašanje, ki ga Planetarna družba že leta obsedi in so končno sprožili pravo sončno jadro, da bi poskusili ugotoviti, kako dobro dejansko delujejo.
Leta 2005 so poskušali izstreliti prvo sončno jadro Cosmos 1 na svetu, a ga je uničila raketa. Nato so se vrnili k delu in razvili LightSail 1, ki je bil lansiran leta 2015 in uspešno preizkusil njihovo namestitev sončnega jadra v vesolju.
In končno, v letu 2019 je bilo Planetarno društvo pripravljeno dejansko poskusiti jadranje v vesolju.
25. junija 2019 je vesoljski Falcon Heavy iz Floride Cape Canaveral izstrelil 24 vesoljskih plovil za misijo STP-2 ameriškega letalstva. Falcon Heavy je to že tretjič in vsi smo upali, da bo uspešno pristala na srednji stopnji. Uh, ne toliko, kar je še vedno na seznamu opravkov. Vendar o tem videoposnetku ne gre.
Kakor koli že, poleg skrivnostnih satelitov zračnih sil je Falcon Heavy na krovu svojega nosilnega vesoljskega plovila Prox-1, ki ga je izstrelil na nadmorski višini 720 kilometrov, nosil LightSail 2 planetarnega društva.
Potem je 23. julija 2019 vesoljsko plovilo postavilo svoje sončno jadro.
Odprl je tečajno zaporedje sonca in nato odvil štiri, jadralna dvigala, ki so podobna traku, izvlekla 4 svoja trikotna jadra in razvila 32 kvadratnih metrov jadra.
Pomembno je opozoriti, da je to vesoljsko plovilo majhno, s težo le 5 kg ali 11 kilogramov, približno velikost hleba kruha.
Medtem ko kroži okoli Zemlje, vesoljsko plovilo zasuka svoja jadra v sončno svetlobo in zunaj nje, pri čemer vsako obdobje dvigne svojo orbito za nekaj sto metrov na dan.
To se sliši super, na žalost LightSail 2 nima na krovu krmilnih sistemov, ki bi skrbno nadzirali njegov kot, da bi lahko ostal v orbiti za nedoločen čas.
Medtem ko dviga svojo orbito na eni strani Zemlje za nekaj sto metrov na dan, jadra ne more nagniti dovolj natančno, da ne bi spuščala svoje orbite na drugi strani planeta. Sčasoma se bo potopil v Zemljino atmosfero in izgoril.
Toda upamo, da se bodo inženirji v planetarni družbi končno naučili, kako praktično je sončno jadro za raziskovanje vesolja.
Še vedno je v orbiti in pošilja nazaj čudovite slike našega domačega planeta.
Ker bo LightSail 2 Planetarnega društva pošiljal podatke o domu, učil nadzornike misij, da plujejo po vesolju, bodo to dragocena spoznanja za prihodnje misije, ki bi to tehnologijo lahko uporabile kot dejanski način poganjanja.
Ena od nalog pri delu je NASA-jev skavtski asteroid na Zemlji ali NEA skavt. Ta misija Cubesat bi lahko s pomočjo prvega preskusa Nasinega sistema za lansiranje vesolja, odvezane misije EM-1, poletela kot sekundarna koristna obremenitev, ki bi se lahko začela že junija 2020.
Po napotitvi iz kapsule Orion bi NEA skavt razgrnil sončna jadra, dvakrat večja od LightSail 2, in nato dve leti potoval do asteroida blizu Zemlje, da bi ga preučil od blizu.
Mete še ne poznamo, vendar bi bil potencialni cilj skoraj zemeljski objekt 1991 VG, ki so ga odkrili leta 1991, tik preden je pretekel razdaljo od Zemlje do Lune. In potem se je vrnilo avgusta 2017. Na to skalo bomo želeli spremljati kot potencialno grožnjo, hkrati pa tudi zakladnico kovin in mineralov, ki bi lahko pomagala podpirati prihodnje raziskovanje Osončja.
Druga misija, ki bi lahko uporabila sončno jadro, je japonska jadrnica za prevelike zmaje za raziskovanje in astronavtiko v zunanjem osončju ali OKEANOS. To bi bila misija za trojanske asteroide, ki se nahajajo na točkah Lagrange L4 in L5 Sonce-Jupiter.
To je idealno mesto za preučevanje asteroidov, saj sta Jupiter in Sončeva gravitacija na enem mestu ujela veliko število in misija zlahka vzorči veliko različnih asteroidov.
OKEANOS bi imel hibridno sončno jadro, pokrito s sončnimi paneli, ki bi ga uporabljali tudi za oskrbo z električno energijo za svoje instrumente in ionske motorje.
Japonska je bila ena prvih držav, ki je kdaj preizkusila sončno jadro, z misijo IKAROS, ki je bila nameščena leta 2010, in sčasoma s sončnim jadrom pridobila sto metrov sekunde hitrosti.
OKEANOS morda prihaja celo z zemljino. Zahvaljujoč izkušnjam s Hayabusa2 in asteroidom Ryugu, je JAXA izvedela ogromno o pristajanju in zbiranju vzorcev iz drobnih asteroidov.
Če bo vse v redu, bo OKEANOS sredi leta 2020 na krovu lansirnega vozila H-IIA z uporabo več gravitacijskih asistenc opravil pot do Jupitra. In če je misija res uspešna, bo morda celo prinesla vzorec trojanskega asteroida nazaj domov.
Nasa celo razmišlja o dodajanju sončnega jadra v lunarni prehod Deep Space. Na posebnem načrtovalnem dogodku za Deep Space Gateway leta 2017 so člani kanadske vesoljske agencije predstavili koncept sončnega jadra, ki bi ga lahko dodali postaji. Sončna svetloba, ki traja, bi zagotavljala stalen potisk, ki bi ga postaja lahko uporabljala za vzdrževanje svoje orbite brez pogona. Kanadsko robotsko roko - kaj drugega - 50 kvadratnih metrov sončno jadro bi lahko prihranilo 9 kilogramov hidrazina na leto, kar je drago za prenašanje z Zemlje na Luno.
Ena od nalog, ki jo verjetno poznate, je koncept Breakthrough Starshot. Breakthrough Starshot namesto uporabe svetlobe od Sonca kot pogon, upa, da bo uporabil močne laserje, ki bodo drobne satelite pospešili do medzvezdnih hitrosti.
To so lahko prva vesoljska plovila, ki so domov pošiljala slike iz drugega zvezdnega sistema. Naredili smo celo epizodo o tej in drugi težji misiji laserskega jadra, imenovani Project Dragonfly.
Na žalost traja dlje, da so vesoljske agencije v svoje misije vključile sončna jadra, kot bi si upal. Razumljivo, so zapleteni in krhki in zahtevajo natančno orientacijo. Smiselno je, da bi načrtovalci misij uporabili preizkušene kemične rakete ali učinkovite ionske motorje za pogon svojih vesoljskih plovil po Osončju.
Ker pa se bo sprožilo in preizkušalo vse več sončnih jader, bodo inženirji postali bolj samozavestni glede najboljših načinov, kako jih uporabiti kot del misije. Lahko si predstavljam prihodnost, ko ima skoraj vsaka misija rezervno sončno jadro na krovu, za vsak slučaj, če gre kaj narobe z glavnim motorjem.
Vedno me je fascinirala možnost sončnega jadranja in sem z navdušenjem opazoval vsako odkritje in korakal naprej. Zelo sem vesel, da je Planetarno društvo tokrat s svojimi preizkusi uspelo. Celo misijo so opravili za 7 milijonov dolarjev, ki so jo financirali člani Planetarne družbe, zasebniki in kampanja Kickstart. Če želite podpreti to in prihodnje misije za pomoč pri raziskovanju Osončja, pojdite na planetar.org, če želite izvedeti več.
