Tämä artikkeli on alun perin julkaistu Supercluster-verkkosivustolla, joka on omistettu ihmiskunnan suurimpien avaruustarinoiden kertomiseen.
Carl Sagan unelmoi navigoinnista aurinkokunnassa purjeilla, joita ajaa auringonvalon puuskat virtaamalla isäntähtiämme kohti.
Nyt Planetary Society, jota johtaa toimitusjohtaja Bill Nye “Science Guy”, pyrkii auttamaan tätä unelmaa todellisuudessa satelliitilla, joka ei ole suurempi kuin kenkälaatikko. Nämä ”aurinkopurjeet”, jotka on testattu vain kourallinen kertaa, voivat yhtenä päivänä kuljettaa avaruusaluksia muille planeetoille tai kenties jopa muille tähtijärjestelmille.
Seuraava aurinkopurjehdusvaihe käynnistyi 24. kesäkuuta, kun SpaceX Falcon Heavy -rakettia nostettiin Floridan Kennedyn avaruuskeskuksen laukaisutyynyltä. Kaksi tusinaa muuta satelliittia ollessaan massiivisen nenäkartionsa sisällä, istui pieni avaruusalus: leivän koon kokoinen laite, joka on suunniteltu kuljettamaan itsensä auringonvalon paineen hyödyntävillä purjepurjeilla.
Alus, nimeltään LightSail 2, voisi olla uuden avaruuslennon aikakauden alku - sellainen, jossa avaruusalukset luopuvat rakettimoottoreista, joihin he ovat luottaneet vuosikymmenien ajan, ja purjehtivat tyylikkäästi auringonpaisteessa. Noin seitsemän päivän kuluttua markkinoille saattamisesta, LightSail 2 tulee esiin astiastaan, laajentaa neljää 13 jalkaa olevaa puomia ja ottaa käyttöön neljä Mylarin peilimaista arkkia, jotka yhdessä muodostavat 340 neliön jalkaisen leijamuotoisen purjeen. Seuraava osa on puhdasta kosmista taikuutta.
Planeettayhdistyksen mukaan LightSail 2 on ensimmäinen vene, joka navigoi tiukasti valon avulla maan kiertoradalla. LightSail tarttuu sitten purjeveneeseen nostaakseen korkeuttaan, mikä ansaitsee sen, että se on ensimmäinen avaruusalus, joka purjehti korkeammalle kiertoradalle planeettamme ympäri. Tämä taivaallisen navigoinnin ominaisuus voisi olla vielä yksi askel kohti Carl Saganin unelmaa matkustaa kosmon yli heijastavissa purjeissa, joita valonsäteet ajavat.
**********
Mistä sinusta tuntuu, jos pidät kädet aurinkoa kohti? Lämpöä. Mutta lämmön piilossa on paine, joten et koskaan huomaa sitä. Valo itsessään kohdistaa voimaa, kuten tuulentuulta, mutta se on niin hieno, että et koskaan huomaa. Maapallolla se vastaa suunnilleen käsissäsi lepäävää paperiliitintä.
Mutta avaruuden lähes tyhjiössä jopa minuutin paineella voi olla suuri vaikutus, koska se työntää koko ajan, tunti toisensa jälkeen, päivästä toiseen. Ja toisin kuin rakettipolttoaine, auringonvaloa on ilmainen ja käytännöllisesti rajoittamaton. Jos pystymme valjastamaan tämän voiman, voimme käyttää sitä; tarvitsemme vain purjeita. Kuten vanhojen, tulevaisuuden avaruusalusten merenkulkijat (ja avaruusmatkustajat) voisivat ajaa itsensä valtavaan kosmiseen laajuuteen auringon avulla - tai ainakin näin Sagan kuvitti sitä.
Kaavio avaruussukkulasta, joka vapauttaa kevyen purjeen rahtitilasta. (JPL) Saganilla oli suuri visio avaruustutkimuksen tulevaisuudesta, kun hän kuvasi, että astro-purjehtijat osallistuisivat galaktisten väliseen regattiin kilpaten avaruusaluksiaan maailmankaikkeuden kautta hyödyntämällä tähtivalon voimaa. Mutta hän ei ollut ensimmäinen, joka kuvasi ihmiskunnan purjehtivan valossa.
Neljä vuosisataa sitten komeetta kulki taivaan poikki saksalaisen tähtitieteilijä Johannes Keplerin huomion. Hän huomasi, että komeetan häntä näytti leviävän sen taakse. Hänen mielestään auringonvalon on lämmitettävä komeetta ja vapautettava materiaali sen pinnalta. Tämä tarkka havainto sai Keplerin ajattelemaan, että auringonvalo voisi olla käyttökelpoinen käyttövoima.
"Tarjoa taivaallisen tuulen mukaan sovitettuja aluksia tai purjeita, ja on niitä, jotka rohkeuttavat jopa tuon tyhjyyden", hän kirjoitti Galileolle vuonna 1608.
Kepler asui keskellä tieteellistä renessanssia, aikana, jolloin ihmiskunta alkoi ymmärtää paikkansa kosmossa. Maa ei ollut aurinkokunnan keskus, mutta itse asiassa yksi monista planeetoista, jotka kiertävät yhtä monista tähteä. Koska aluksia - tuolloin yleistä matkustusmuotoa - ohjaa tuulet, on vain luonnollista, että Kepler kuvittelisi ihmisiä, jotka purjehtivat avaruudessa samalla tavalla kuin merimiehet navigoivat merillä.
Mutta Keplerin unelmien toteutumisesta kesti vuosisatoja.
Vuonna 1865 James Clerk Maxwell näytti maailmalle, että valo sisälsi fotoniksi kutsuttuja energiapaketteja ja fotoneilla oli vauhtia, joka voitiin siirtää muihin esineisiin. Jos fotoni joutui kosketuksiin kohteen kanssa, kuten kiiltävä aurinkopurje, se siirtää osan energiastaan ja työntää purjeen eteenpäin.
Erilaisia kevyen purjeen muotoisia malleja. (Raquel Scoggin / Superklusteri) Toisen maailmansodan jälkeisissä rocketry-kehityksissä ja Sputnikin käynnistyessä vuonna 1957, ajatus kosmoksen tutkimisesta siirtyi yhtäkkiä tieteiskirjallisuudesta todellisuuteen, ja aurinkopurjehdus näytti jälleen olevan houkutteleva muoto propulsioon.
Pian sen perustamisen jälkeen NASA alkoi suunnitella joukko kunnianhimoisia avaruusoperaatioita, mukaan lukien useiden aurinkopurje-tutkimusten rahoittaminen. 1970-luvulla suunnitelma haudutettiin tapaamiseksi komeetalla - sama komeetta, jota Kepler tarkkaili taivaalla vuosisatoja aiemmin. Tämä avaruusalus olisi varustettu aurinkopurjalla, joka käyttää auringon energiaa matkallaan. Valitettavasti suunnitelma romutettiin ennen kuin se saavutti laukaisualustan, mutta ajatus aurinkopurjetuksesta jatkui.
Louiserman, NASA-insinööri, joka työskenteli tuolloin nyt vanhentuneessa operaatiossa, oli edelleen vakuuttunut siitä, että aurinkopurjehdus oli käyttökelpoinen kuljetusmuoto. Hän (yhdessä NASA: n suihkukäyttölaboratorion entisen päällikön Carl Saganin ja Bruce Murrayn kanssa) perustaa planeettayhteisön vuonna 1980 suurelta osin kääntääkseen aurinkopurjetuksen todellisuudeksi.
"Aurinkopurjehdus on yleensä kudottu Planeettayhdistyksen DNA: han jo ennen kuin meitä jopa perustettiin", sanoo yhteiskunnan pääjohtaja Jennifer Vaughn Superclusterille . "Kaikilla kolmella perustajiltamme oli käsi aurinkopurjetuksen varhaisessa vaiheessa."
**********
Suuri haaste on selvittää, kuinka rakentaa valtava, erittäin kevyt aurinkopurje ja sitten antaa se kohtuuhintaan avaruuteen. Mutta ryhmä jatkoi, ja yhteiskunnan ensimmäinen auringonpurjehtiminen törmäsi vihdoin kosketusnäyttöön vuonna 2005 kosmos 1 -nimisen avaruusaluksen muodossa. Valitettavasti satelliitti ei päässyt kiertoradalle, kaatuessaan Venäjän läheisyyteen. Barentsinmeri. Vielä kymmenen vuotta kului ennen kuin Planeettayhdistys saavutti ensimmäisen menestyksensä aurinkopurjetuksessa.
Kaavio aurinkopurjeesta. (JPL) Mission johtajat palasivat piirustuspöydälle ja päättivät ajatella pienempiä seuraavalle yritykselleen. Cubesatit - jotka ovat noin leipäpäivän kokoisia - olivat purskahtaneet avaruuslentopaikkaan tarjoamalla halvemman vaihtoehdon perinteisille, tilaa vieville satelliiteille.
Bill Nyen mukaan CubeSatsin tulo johti todelliseen neliön purjekuvan suunnitteluun. "Suorakulmainen purje osoittautuu melko hyväksi lähtökohdaksi ja aika hyväksi muotoiluksi", Nye kertoi Superclusterille.
Tuloksena oleva käsikirja, nimeltään LightSail 1, oli pienennetty versio Cosmos 1: stä. Tämä kenkälaatikon kokoinen mini-satelliitti, joka käynnistettiin vuonna 2015, kiinnitti matkan Atlas V -rakettiin ja lentää kiertoradalle Ilmavoimien salaisen X-37B-avaruuslentokoneen rinnalla. .
Kiertoradalla ollessaan LightSail 1 osoitti pystyvänsä onnistuneesti lähettämään purjeensa avaruuden tyhjiössä. Mutta pienessä satelliitissa oli tehtävänsä aikana lukemattomia ongelmia, kuten ohjelmistovirheitä, signaalihäviöitä ja akkuongelmia. Matalan maapallon kiertoradalla tapahtuneen myrskyisen ajan jälkeen pieni veneet käytti nimeään: neljä kiiltävää mylaripurjea, mikä osoittaa, että mahtuu täysi kevyt purje pieneen pakettiin.
Takaiskuistaan huolimatta LightSail 1 oli tekniikan osoituksena menestys. Juhliakseen se palasi lopullisen selfie-kappaleen. Mutta se sai myös ihmiset etsimään ylös, yrittäen huomata veneen nousevan maan yläpuolelle. Nye pystyi jopa havaitsemaan pienen satelliitin kimaltelevan yössä, kun se kulki New Yorkin valoa saastuneen taivaan yli.
Koska hyvin vähän hiukkasia hidastaa kevyt purjehdus alas vetämällä, se voisi kiihdyttää avaruusalusta erittäin suurille nopeuksille ajan myötä. (Raquel Scoggin / Superklusteri) Tähän pisteeseen pääseminen oli valtava saavutus Planetary Society -järjestölle, voittoa tavoittelemattomalle organisaatiolle, joka perustettiin auttamaan avaruustieteen ja etsinnän edistämisessä. "Avaruus tuo esiin meissä parasta", Bill Nye sanoo. "Se vetoaa kaikkiin ihmisiin ja kaikkiin kansallisuuksiin."
Yli 40 000 planeettayhdistyksen jäsentä on tukenut tätä tehtävää (ja aurinkopurjetuksen kehittämistä) lahjoittamalla 5 dollarista yli miljoonaan dollariin organisaation rahoittamiseen.
"On uskomattoman harvinaista, että henkilöllä on mahdollisuus osallistua uuden avaruusaluksen propulsioteknologian ensimmäisiin vaiheisiin", sanoo LightSail-operaation johtaja Bruce Betts. ”Niitä ei ole niin paljon. Alkuvaiheissa oleminen, aurinkopurjehduksen ensimmäiset vaiheet, on melko kunnia. ”
**********
Vuosien mittaan, kun Planeettayhdistys on rakentanut purjealuksiaan, muutkin ympäri maailmaa ovat purjehtineet.
Vuonna 2015 käynnistettiin CubeSail-niminen testimatka, jonka rakensi Iso-Britanniassa sijaitseva Surrey Space Center. Se ei kuitenkaan pystynyt ottamaan asianmukaisesti käyttöön. Kolmella muulla pienellä purjetehtävällä - NASA: n NanoSail-D, Kanadan CanX-7 ja Surreyn InflateSail - onnistui jonkin verran, mutta kuten LightSail 1, heidän tehtävänsä rajoittuivat maapallon kiertoradalle.
Kaavio aurinkopurjeesta. (JPL) Japanissa on toistaiseksi ollut menestys aurinkopurjetuksissa, koska se on auringon säteilyn kiihdyttämä planeettojen välinen leija-alus (IKAROS), joka ajettiin kiertoradalla auringon ympärille vuonna 2010. Kun se oli syvässä avaruudessa, se kehräsi auki 46 jalkan leveän. neliön purje ja aloitti ensimmäisen kerran historiassa ohjata ja muuttaa nopeuttaan auringonpaisteella.
Avaruusaluksen leijamuotoiseen purjeeseen oli upotettu myös aurinkokennoja sähkön tuottamiseksi. Solujen ei odoteta tuottavan paljon voimaa lennon aikana, vaan niiden sijaan ne auttoivat toimimaan testialustana tuleville ionikäyttöisille moottoreille.
IKAROS vietti seuraavat kolme vuotta mittaamalla kiihtyvyyttä valopaineesta johtuen. Se testasi myös erilaisia tapoja hallita sen liikettä purjeen upotettujen nestekiteiden (muistuttaen elektronista LCD-näyttöä) avulla, jotka voisivat säätää veneen heijastavuutta ja muuttaa nopeutta. Paneelien läpi virtaava sähkö lisäsi heijastuskykyä, mahdollistaen avaruusaluksen kiihtyä eteenpäin, kun taas virtauksen katkaiseminen muutti auringonvalon paineen diffuusioksi.
Japanilaisten avaruusvirkamiesten mukaan IKAROS pystyi säätämään sekä kurssiaan että suuntautumistaan ennen operaation suunniteltua loppua vuonna 2015. Yhteys IKAROSiin on kadonnut, mutta myöhempi seuranta osoittaa, että aurinkopurje kiertää edelleen aurinkoa Maan ja Venuksen välillä, ja sen kiertoradan muoto muuttuu edelleen valopaineen muutosten seurauksena.
Mutta menestyksensä lisäksi IKAROS-tiedot osoittavat, että meillä on vielä pitkä tie kuljettavanaan ennen kuin ymmärrämme auringon purjehduksen täydet mahdollisuudet. Planeettayhdistys toivoo, että jos kaikki sujuu suunnitelmien mukaan, LightSail 2 auttaa kääntämään aurinkopurjet luotettavaksi, halpaksi, nolla-ajoaineettomaksi menetelmäksi lentää läpi avaruuden.
Sieltä mahdollisuudet ovat lähes rajattomat. Avaruusalusta voisi kevyellä purjeella mennä kuuhun, asteroideihin, Jupiteriin - missä tahansa valon tuuli puhaltaa ilman polttoainetta.
