Sol segel använder solens energi för att driva rymdfarkoster över kosmos. Se fler bilder på utforskning av rymden. Foto med tillstånd av NASA Hundratals rymduppdrag har skjutits upp sedan det senaste månuppdraget, inklusive flera djupa rymdsonder som har skickats till kanterna av vårt solsystem. Dock, våra resor till rymden har begränsats av kraften i kemiska raketmotorer och mängden raketbränsle som ett rymdfarkoster kan bära. I dag, vikten av en rymdfärja vid lanseringen är cirka 95 procent bränsle. Vad skulle vi kunna åstadkomma om vi kunde minska vårt behov av så mycket bränsle och tankarna som rymmer det?
Internationella rymdorganisationer och några privata företag har föreslagit många transportmetoder som skulle göra det möjligt för oss att gå längre, men ett bemannat rymduppdrag har ännu inte gått utöver månen. Det mest realistiska av dessa rymdtransportalternativ kräver eliminering av både raketbränsle och raketmotorer - ersätta dem med segel. Ja, Det är rätt, segel.
NASA är en av de organisationer som har studerat denna fantastiska teknik som kallas solseglar som kommer att använda solens kraft för att skicka oss in i rymden. I den här artikeln, HowStuffWorks visar hur idén om solsegling utvecklades, där NASA och andra testar denna teknik och hur långt och snabbt solseglar kan ta oss i universum.
Innehåll
En enkelkvadrant, 10-meters solsegelsystem sitter fullt utplacerat i en vakuumkammare med en diameter på 50 fot i NASAs Langley Research Center i Hampton, Va. Foto med tillstånd av NASA/Able Engineering För nästan 400 år sedan, eftersom mycket av Europa fortfarande var involverat i marinutforskning av världen, Johannes Kepler föreslog idén att utforska galaxen med hjälp av segel. Genom hans observation att kometstjärtar blåstes runt av någon slags solbris, han trodde att segel kunde fånga den vinden för att driva rymdfarkoster på det sätt som vindarna rörde fartyg på haven. Medan Keplers idé om en solvind har motbevisats, forskare har sedan upptäckt att solljuset utövar tillräckligt med kraft för att flytta föremål. För att dra nytta av denna kraft, NASA har experimenterat med gigantiska sol segel som kunde skjutas genom kosmos av ljus.
Det finns tre komponenter i ett solsegeldrivet rymdfarkoster:
En solsegeldriven rymdfarkost behöver inte traditionellt drivmedel för kraft, eftersom dess drivmedel är solljus och solen är dess motor. Ljus består av elektromagnetisk strålning som utövar kraft på föremål som det kommer i kontakt med. NASA -forskare har funnit att vid 1 astronomisk enhet (AU), vilket är avståndet från solen till jorden, lika med 93 miljoner miles (150 miljoner km), solljus kan producera cirka 1,4 kilowatt (kw) kraft. Om du tar 1,4 kw och dividerar det med ljusets hastighet, du skulle upptäcka att kraften som solen utövar är cirka 9 newton (N)/kvadratkilometer (dvs. 2 lb/km 2 eller 0,78 lb/mi 2 ). I jämförelse, en rymdfärjans huvudmotor kan producera 1,67 miljoner N kraft under lyft och 2,1 miljoner N dragkraft i ett vakuum. Så småningom, dock, solens kontinuerliga kraft på ett solsegel kan driva ett rymdfarkoster till hastigheter fem gånger snabbare än traditionella raketer.
Nu, låt oss titta närmare på dessa segel.
Distribution och lanseringNASAs solsegeldriftsteam och branschpartner, Able Engineering har framgångsrikt implementerat sitt solsegelsystem vid Langley Research Center under en testperiod på fem veckor från april till maj 2004. Sedan, i juli 2004, NASA:s sol segel framdrivning team och industri partner, L'Garde, Inc., såg också framgångsrik distribution av deras solsegelsystem vid Glenn Research Center.
I augusti 2004, två stora solsegel sjösattes och placerades ut i rymden av japanska Aerospace Exploration Agency.
Läs mer
Ett fyrkvadrant solsegelsystem skapat av NASA:s solsegeldriftsteam vid Marshall Space Flight Center i Huntsville, Ala., och dess branschpartner, L'Garde, Inc. sitter helt utplacerad i en vakuumkammare med en diameter på 100 fot i NASA:s Glenn Research Center. Foto med tillstånd av NASA/L’Garde Medan solseglar har konstruerats tidigare (NASA:s hade ett solseglingsprogram redan på 1970 -talet), material som var tillgängligt fram till det senaste decenniet eller så var alldeles för tungt för att utforma ett praktiskt solsegelfordon. Förutom att vara lätt, Materialet måste vara starkt reflekterande och klara extrema temperaturer. De gigantiska segel som testas av NASA idag är gjorda av mycket lätta, reflekterande material som är uppåt 100 gånger tunnare än ett genomsnittligt pappersark. Detta "aluminiumiserade, temperaturbeständigt material "kallas CP-1 . En annan organisation som utvecklar solsegelteknik, Planetary Society (en privat, ideell grupp baserad i Pasadena, Kalifornien), stöder Kosmos 1 , som ståtar med solsegel som är tillverkade av aluminiumförstärkt Mylar och är ungefär en fjärdedel tjockleken på en enlagers plastpåse.
Seglens reflekterande karaktär är nyckeln. När fotoner (ljuspartiklar) studsar av det reflekterande materialet, de skjuter försiktigt seglet längs genom att överföra fart till seglet. Eftersom det finns så många fotoner från solljus, och eftersom de ständigt slår segel, det finns ett konstant tryck (kraft per ytenhet) på seglet som ger en konstant acceleration av rymdfarkosten. Även om kraften på ett rymdskepp med solseglar är mindre än en konventionell kemisk raket, som rymdfärjan, sol-segel rymdfarkosten accelererar ständigt över tiden och uppnår en högre hastighet.
Du kanske undrar vad som händer när rymdfarkosten befinner sig långt från solljus. En inbyggd laser kan ta över och ge den nödvändiga framdrivningen till seglen.
Solenergi - kontrollera. Sol segel - kolla. Men hur får vi ut seglen och deras rymdfarkoster i rymden? Låt oss ta en titt.
Vill du ha hål i seglet?Les Johnson, från Marshall Space Flight Center, håller en stel, lätt kolfibermaterial som gav många solar-segel-forskare en tankestund. Denna fiber var en avvikelse från vanligt solsegelmaterial eftersom den är cirka 200 gånger tjockare. Men, tusentals små hål gör att den kan väga ungefär samma som de tunnaste solsegelmaterialen som testas.
En fyrkvadrant, 20-meters solsegelsystem är fullt utplacerat under testning vid NASA Glenn Research Centers Plum Brook-anläggning i Sandusky, Ohio. Foto med tillstånd av NASA Med bara solljus som kraft, ett solsegel skulle aldrig skjutas upp direkt från marken. Ett andra rymdfarkoster behövs för att skjuta upp solseglet, som sedan skulle distribueras i rymden. Ett annat möjligt sätt att skjuta upp ett sol segel skulle vara med mikrovågsugn eller laserstrålar från en satellit eller andra rymdfarkoster. Dessa energistrålar kan riktas mot seglet för att skjuta ut det i rymden och tillhandahålla en sekundär kraftkälla under resan. I ett experiment på NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL), segel drevs till lyft med hjälp av mikrovågsstrålar, medan laserstrålar användes för att skjuta seglet framåt.
När den väl lanserades, seglen läggs ut med ett uppblåsbart bomsystem som utlöses av en inbyggd utbyggnadsmekanism.
Kosmos 1
Kosmos 1, Planetary Society:s soldrivna rymdfarkoster, kommer att lanseras från en nedsänkt rysk sub i Barentshavet. När den väl lanserades, 220 kg (100 kg) Cosmos 1 får ett lyft från en "sparkmotor"-och placerar den i en bana cirka 885 km ovanför jorden.
Sol segel kommer att sätta nya hastighetsrekord för rymdfarkoster och gör att vi kan resa bortom vårt solsystem. Solar segelteknik kommer så småningom att spela en nyckelroll i NASA-uppdrag på långa avstånd. Men hur långt kommer dessa sol segel att kunna ta oss och hur snabbt kommer de att ta oss dit?
Som vi fick reda på i det sista avsnittet, sol segel skulle från början inte drivas av den mängd kraft som används för att skjuta upp rymdfärjan. NASA tror att utforskningen av rymden liknar sagan om "Sköldpaddan och haren, "med raketdrivna rymdfarkoster som haren. I detta lopp, den raketdrivna rymdfarkosten kommer snabbt att hoppa ut, går snabbt mot sin destination. Å andra sidan, en raketlös rymdfarkost som drivs av ett solsegel skulle börja sin resa i en långsam men stadig takt, gradvis få fart när solen fortsätter att utöva kraft på den. Förr eller senare, hur fort det än går, raketfartyget kommer att ta slut. I kontrast, solsegelfarkosten har en oändlig strömförsörjning från solen. Dessutom, solseglet kan eventuellt återvända till jorden, Det raketdrivna fordonet skulle inte ha något drivmedel för att ta tillbaka det.
När det fortsätter att pressas av solljus, det segeldrivna fordonet kommer att bygga upp hastigheter som raketdrivna fordon aldrig skulle kunna uppnå. Ett sådant fordon skulle så småningom färdas i cirka 90 km/sek, vilket skulle vara mer än 200, 000 mph (324, 000 km / h). Den hastigheten är cirka 10 gånger snabbare än rymdfärjans orbitalhastighet på 8 km/sek. För att ge dig en uppfattning om hur snabbt det är, du kan resa från New York till Los Angeles på mindre än en minut med ett solsegelfordon som reser i högsta hastighet.
Om NASA skulle starta en interstellar sond som drivs av solseglar, det skulle bara ta åtta år för det att fånga Voyager 1 -rymdfarkosten (det mest avlägsna rymdfarkosten från jorden), som har rest i mer än 20 år. Genom att lägga till en laser- eller magnetstrålesändare, NASA sa att det kan skjuta hastigheter till 18, 600 mi/sek (30, 000 km/sek), vilket är en tiondel av ljusets hastighet. I dessa hastigheter, interstellära resor skulle vara en nästan visshet.
