Żagle są używane do napędzania statków po jeziorach i oceanach od tysięcy lat. Są to proste narzędzia, które wykorzystują siłę wiatru do przemieszczania statków po wodzie – aw niektórych przypadkach do lądowania. Teraz NASA wykorzystuje podstawowe cechy prostej żaglówki, aby wykorzystać moc wiatru słonecznego, umożliwiając statkom kosmicznym podróżowanie po gwiazdach. Wiele powodów, dla których żagle wiatrowe są nadal w użyciu – nawet poza naszym dostępem do mocy silnika – daje również żaglom słonecznym potencjał, aby stać się niezbędnym w przyszłości, eksploracją kosmosu przez człowieka.
Konwencjonalne sposoby przesuwania statku przez grawitację Ziemi i wyrzucania go w kosmos wymagają paliwa. Główna część. Ale jest ograniczony, ciężki i drogi. Jeśli chodzi o wysłanie statku kosmicznego na Marsa, potrzebuje on wystarczającej ilości paliwa, aby się tam dostać, podróżować po drodze i wrócić na Ziemię – jeśli jest to podróż w obie strony. Paliwo zwiększa wagę statku – przynajmniej pod względem grawitacji planet i innych ciał kosmicznych, z którymi oddziałuje. Im cięższy statek, tym więcej paliwa zużyje do wystrzelenia go z powierzchni naszej planety.
Paliwa tradycyjne nie są tanie. Według NASA, kiedy startuje przeciętny prom kosmiczny, przewozi on ponad 835 000 galonów paliwa. Całkowita waga orbitera i zewnętrznych zbiorników przekroczyła 1,6 miliona funtów, a koszt paliwa do rakiety wyniósł 1 380 000 dolarów.
Jak działają żagle słoneczne?
Żagle słoneczne nie są ograniczone tradycyjnymi silnikami rakietowymi, ponieważ wykorzystują światło słoneczne – znane również jako niewyczerpany zasób natury. Opis NASA z 2005 roku mówi, że technologia wymaga wysoce odblaskowego żagla wykonanego z materiału, który jest od 40 do 100 razy cieńszy niż przeciętny arkusz papieru. Żagiel słoneczny otwiera się dopiero po tym, jak statek unosi się w kosmosie – w tym momencie większość pracy wykonuje słońce.
Gdy Słońce wystrzeliwuje energetyczne fotony w kosmos, żagiel słoneczny jest ustawiony do przechwycenia. Po przechwyceniu każdy foton przenosi swój pęd na żagiel i statek, do którego jest przymocowany żagiel, napędzając statek w przestrzeni. Cały proces jest podobny do tego, jak wiatr przepycha żaglówkę przez zbiornik wodny.
Test żeglowania słonecznego z Sunjammerem
W 2011 roku zespół NASA składający się z producenta L’Garde Inc. a National Oceanic and Atmospheric Administration rozpoczęły prace nad projektem demonstracji żagli słonecznych. Celem jest zademonstrowanie wykonalności żagli słonecznych i zademonstrowanie ich ogólnej wartości dla programu kosmicznego. Projekt ten nosi nazwę „Sunjammer” na cześć Arthura C. Clarke’a, który napisał historię o tym samym tytule, co jest odpowiednio powiązane z „sunailem” w literaturze.
Oczekuje się, że lot testowy zaplanowany na 2015 r. z żaglem o powierzchni około 13 000 stóp kwadratowych zostanie wdrożony i będzie operacyjny. Będzie miał rozmiar ćwierć boiska piłkarskiego i siedmiokrotnie większy niż jakikolwiek inny żagiel testowany wcześniej. Zanim zostanie wdrożony, zmieści się w jednorazowym stojaku wielkości zmywarki i waży zaledwie 110 funtów. Jednak projekt zakończył się przed startem w 2014 roku, ale nie wcześniej niż zespół uzyskał cenne dane, które zostałyby wykorzystane w przyszłych projektach żagli słonecznych NASA.
Żagle słoneczne od science fiction do faktów naukowych
W 2019 r. mały satelita złożony z 10 cm kostek o nazwie CubeSat z powodzeniem rozmieścił w kosmosie prototypowy żagiel słoneczny. LightSail 2, stworzony przez Planetary Society, jest wielkości bochenka chleba i ma żagiel słoneczny o powierzchni około 433 stóp kwadratowych.
NASA pracuje obecnie nad nowymi, rozmieszczanymi strukturami sprzętowymi i technologiami z ich zaawansowanym systemem syntetycznych żagli słonecznych. Następnie, w 2022 roku, planują wystrzelić NearEarth Asteroid Scout (NEA Scout) z kapsułą Orion na rakiecie Space Launch System. NEA Scout będzie pierwszą eksploracją kosmosu NASA przy użyciu żagli słonecznych.
Solar Sails pojawia się w opowiadaniach science fiction, od Alien Covenant (2017) po „Clipper Ships of Space” Russella Saundersa, opowiadanie z 1951 roku. Jeśli wierzyć profesorowi Harvardu, Aviowi Loebowi, kosmici również od jakiegoś czasu używają żagli. To tylko kwestia czasu, zanim zrealizujemy pierwotne marzenie Johannesa Keplera o żegludze w kosmosie, o którym mowa w liście do Galileo Galilei z 1608 r.: „Dajcie mi statki lub żagle”.