Słoneczne żagle

W dniach 18-22 września 2022 r., w Paryżu odbyła się największa na świecie konferencja branży astronautycznej International Astronautical Congress. Jako przedstawiciel redakcji Nieznanego Świata miałem okazję uczestniczyć w tym wydarzeniu W ciągu tych 5 dni odbyło się blisko 4500 spotkań i prezentacji na różne tematy związane z eksploracją Kosmosu. Większość wykładów i referatów była bardzo techniczna , jednak przedstawiono też kilka tematów, które mogą zainteresować nawet laika. Jedna z takich prezentacji, w której miałem okazję uczestniczyć, dotyczyła statków kosmicznych wyposażonych w innowacyjny napęd, jakim jest żagiel słoneczny (ang. solar sail ), inaczej zwany świetlnym. Ten rewolucyjny rodzaj napędu zbudowany jest z niezwykle cienkiej folii (grubości kilku mikrometrów). Wykorzystuje on energię światła, a dokładnie fotonów, które uderzając o żagiel przekazują mu energię. Jest ona niezwykle mała, jednakże z uwagi na to, że w przestrzeni kosmicznej nie ma oporów, które występują w atmosferze ziemskiej, dlatego statek z takim napędem może cały czas stopniowo przyspieszać. Brzmi to jak science fiction , jednak żagle takie zostały już przetestowane, a ich działanie potwierdzone. Pierwszym w historii statkiem kosmicznym wyposażonym w napęd słoneczny została japońska sonda IKAROS, którą wyniesiono na orbitę heliocentryczną w 2010 r. Inny obiekt, który wspomagany jest tego typu żaglem, to satelita LigtSail 2. Do dnia dzisiejszego znajduje się on na orbicie okołoziemskiej, a innowacyjny napęd pomaga mu utrzymać wysokość orbity i przeciwstawiać się ziemskiej grawitacji. Większość satelitów systematycznie obniża swoją wysokość nad Ziemią, aż kończą żywot, spalając się w atmosferze. Co prawda LightSail 2 również opada, jednak dzięki użyciu żagla słonecznego proces ten jest spowolniony, a w sprzyjających warunkach udawało mu się nawet nieco wznieść na orbicie. Wadą żagli słonecznych jest powolne przyspieszanie. Naukowcy planują jednak wykorzystać silny laser o mocy ok. 100 GW/m2 i skierować go na żagiel w celu dostarczenia mu energii, a co za tym idzie osiągnięcia większej prędkości w krótkim czasie. W rozwoju statków kosmicznych wykorzystujących tego typu napęd bardzo pomagają postępy w innych dziedzinach naukowych. Szczególnie przydatna jest możliwość miniaturyzacji układów elektronicznych i urządzeń pomiarowych. Wpływa to na całkowitą masę pojazdu, a co za tym idzie umożliwia szybsze przyspieszenie i zastosowanie żagli o mniejszej powierzchni. Redukcja rozmiarów statków kosmicznych zmniejsza również ryzyko kolizji z różnymi obiektami znajdującymi się w Kosmosie, takimi jak śmieci lub odłamki asteroid. Zastosowanie żagli słonecznych, dzięki którym możliwe będzie osiąganie ogromnych prędkości otwiera przed ludzkością kompletnie nowe perspektywy. Jak szybko może przemieszczać się statek z takim napędem? Naukowcy prowadzący prezentację podczas IAC 2022 szacują, że przy obecnym stanie techniki pojazdy kosmiczne będą mogły osiągnąć prędkości nawet około 20-30 AU/rok (jednostek astronomicznych na rok) w momencie opuszczania Układu Słonecznego (jednostka astronomiczna to odległość Ziemi od Słońca). Oczywiście rozpędzenie statku do takiej prędkości zajmie lata. Będzie wymagało wykonania manewru wokół Słońca, nazywanego manewrem procy . Polega on na przelocie blisko naszej gwiazdy po orbicie heliocentrycznej. Naukowcy z NASA szacują, że w wyniku takiego manewru możliwe będzie osiągnięcie prędkości nawet 60 AU/rok. Rozwój technologii statków kosmicznych z żaglami słonecznymi rozpalił wśród naukowców wiele nadziei. Z tych oczywistych, to możliwość dotarcia do odległych zakątków Układu Słonecznego. Eksperci zajmujący się badaniem aktywności Słońca mają nadzieję, że dzięki tej technologii możliwe będzie dokładniejsze zbadanie naszej rodzimej gwiazdy, a w szczególności jej biegunów. Może to pomóc w wyjaśnieniu, jak wytwarza ona i utrzymuje cykle pola elektromagnetycznego. Podstawowy okres aktywności słonecznej wynosi ok. 11 lat – tyle czasu mija od momentu, w którym emisja promieniowania jest najwyższa do kolejnego szczytu. Badacze planują wysłanie małej sondy kosmicznej, tzw. smallsat , ważącej poniżej 50 kg, do centrum naszego układu. Eksperci szacują, że taki obiekt będzie mógł zbliżyć się do Słońca na odległość około 0,25 AU. Głównym wyzwaniem dla inżynierów jest w tym wypadku skonstruowanie sondy jak też urządzeń badawczych odpornych na wysoką temperaturę oraz silne promieniowanie elektromagnetyczne. Prace w tym obszarze są już bardzo zaawansowane. Przelot tak blisko Słońca pozwoli na dokładniejsze jego zbadanie, a w szczególności biegunów gwiazdy, które nie są widoczne z Ziemi. W przyszłości naukowcy widzą możliwości wykorzystania napędu żagli słonecznych do badania trudno dostępnych i oddalonych asteroidów, księżyców planet bardzo oddalonych od Ziemi oraz obiektów międzygalaktycznych. Sondy z takim napędem mogą również pomóc w rozwiązywaniu zagadek związanych z działaniem grawitacji we Wszechświecie. Bardzo ciekawym pomysłem jest użycie statków kosmicznych mogących podróżować w dalekie regiony naszego układu gwiezdnego do obserwacji innych galaktyk znajdujących się w nich obiektów, poprzez wykorzystanie efektu soczewkowania grawitacyjnego. Polega on na zakrzywianiu promieni świetlnych przez obiekt o dużej masie i grawitacji. W wyniku tego zjawiska można obserwować realne obiekty, bardzo oddalone, jednak widoczne w innym miejscu, niż znajdują się naprawdę. W tym celu planuje się wykorzystać Słońce, jako ciało o dużej masie. Jednak aby znaleźć się w punkcie skupienia zakrzywionych przez Słońce promieni świetlnych, trzeba pokonać bardzo odległą drogę od Ziemi. Dzięki żaglom słonecznym będzie możliwe wysłanie statku na odległość równą ogniskowej takiego zjawiska, czyli około 540 AU od Słońca. Jak twierdzi Slava Turyshev , jeden z naukowców pracujących dla NASA, osiągniecie tego punktu okaże się możliwe po 17 latach od startu mającego tam dotrzeć statku kosmicznego. Dzięki małym rozmiarom oraz braku potrzeby wyposażania statków w paliwo pozwalające na podróż w Kosmosie, realizacja takiego projektu jest zdecydowanie łatwiejsza niż klasycznych rakiet i sond wykorzystywanych do tej pory. Koszt budowy małego statku z żaglem słonecznym wynosi ok. 20 milionów USD, co jest o wiele tańsze niż dotychczasowe projekty kosmiczne kosztujące niejednokrotnie wiele miliardów dolarów. Dzięki temu będzie możliwe wysyłanie większej ilości sond i statków w przestrzeń kosmiczną. Jak widać, eksploracja dalekiego Kosmosu coraz szybciej zamienia się z wyobraźni autorów science fiction w realne projekty i badania. Mimo że wiele z nich nadal jawi się jako surrealistyczne. Być może dzięki rozwojowi nowoczesnych napędów statków kosmicznych, jakimi są żagle słoneczne, w przyszłości uda się odpowiedzieć na wiele pytań. Między innymi, czy we Wszechświecie istnieją inne formy życia, a jeśli tak, czy są one inteligentne, oraz czy będziemy w stanie podróżować między układami planetarnymi.

Słoneczne żagle

Nasz korespondent na kongresie astronautycznym - Okruchy Wszechświata NŚ 01/2023

2027, 2029, 2032: zapamiętajmy te daty!

Kuriozalne przypadki w historii medycyny

Michał Ostrzycki

W numerze

Nieznany Świat 05/2025 (413)

Nieznany Świat 04/2025 (412)

Misja

Witamy z powrotem!

Załóż nowe konto!

Zresetuj swoje hasło

Czy na pewno chcesz odblokować ten wpis?

Czy na pewno chcesz anulować subskrypcję?

Kolejka

Słoneczne żagle

Nasz korespondent na kongresie astronautycznym - Okruchy Wszechświata NŚ 01/2023

W dniach 18–22 września 2022 r., w Paryżu odbyła się największa na świecie konferencja branży astronautycznej International Astronautical Congress. Jako przedstawiciel redakcji Nieznanego Świata miałem okazję uczestniczyć w tym wydarzeniu

PRZECZYTAJ TAKŻE

2027, 2029, 2032: zapamiętajmy te daty!

Kuriozalne przypadki w historii medycyny

Dalsza treść jest płatna

Czytaj bez ograniczeń

Michał Ostrzycki

W numerze

Nieznany Świat 05/2025 (413)

Nieznany Świat 04/2025 (412)

Misja

Witamy z powrotem!

Załóż nowe konto!

Zresetuj swoje hasło

Czy na pewno chcesz odblokować ten wpis?

Czy na pewno chcesz anulować subskrypcję?

Kolejka