НАСА за финансиране на изследвания на модерни слънчеви платна

Концепцията на художника за слънчево платно, напускащо Земята. Нов тип соларно платно, което се разработва, може да използва метаматериали - мета е от гръцка дума, означаваща отвъд - за да бъде по-силен и да използва повече енергия от предишните дизайни. Изображение чрез НАСА.

Кой е най-добрият начин да пътувате из Слънчевата система или дори отвъд нея? Конвенционалните ракети се използват, разбира се, вече десетилетия, но какви алтернативи има? Една романтична възможност, която вече вижда някои окуражаващи резултати от тестване, са слънчеви платна . Космическият кораб за слънчеви платна включва големи, тънки „платна“ или мембрани, които използват налягане на слънчевата радиация - минутно налягане от слънчевата светлина върху всичко, с което се сблъскват - за да придвижат кораба напред. Техниката напомня начина, по който старите ветроходни кораби са използвали вятър, за да пътуват по океаните.

Сега НАСА финансира нова концепция за слънчеви платна, която използва дифракционни платна вместо отразяващи платна, както беше използваната техника досега. Както бе обявено от Рочестърския технологичен институт (RIT) на 24 април 2019 г., НАСА предоставя на професор Гровър Суорцландър награда за фаза II чрез своята програма за иновативни напреднали концепции (NIAC) на НАСА за изследване на осъществимостта на дифракционните слънчеви платна през следващите две години, Наградите по Фаза II могат да струват до 500 000 долара за двугодишни проучвания, в сравнение със 125 000 долара за фаза I. Както каза Swartzlander:

Започваме нова ера в космическото пътуване, която използва налягането на слънчевата радиация върху големи тънки мембрани на платно. Конвенционалната идея за последните 100 години е да се използва отразяващо платно като метално покритие върху тънък полимер и вие разгръщате това в космоса, но можете да получите сила, основана и на закона на дифракцията. В сравнение със светлоотразителното платно смятаме, че дифракционното платно би могло да бъде по-ефективно и да издържи по-добре топлината на слънцето. Тези платна са прозрачни, така че няма да поемат много топлина от слънцето и няма да имаме проблем с управлението на топлината, както при метална повърхност.

Grover Swartzlander от RIT обсъди работата си върху дифракционните слънчеви платна в серията лекции на НАСА Inventive Genius в Чикагския музей на науката и индустрията миналия месец. Изображение чрез JB Spector / Музей на науката и индустрията (MSI).

Дифракционен модел на червен лазерен лъч, направен върху плоча след преминаване през малък кръгъл отвор в друга плоча. Изображение чрез Wikipedia / Wisky / CC BY-SA 3.0.

При дифракция вълна (лека или по друг начин) леко се огъва около обект или препятствие - или през дупка, наречена отвор - вместо просто да отскача от обекта, както в отражението. Един пример е общ CD. Плътно разположените жлебове на диска действат като дифракционна решетка, което образува ефект на дъгата, който може да се види при гледане на диск. Холограма на кредитна карта е друг пример.

Слънчевите платна, които Swartzlander иска да развият, биха постигнали подобен резултат като използват оптични филми, направени от метаматериали, известни също като интелигентни материали. Това са проектирани материали, които имат подобрени свойства, които не се срещат в естествените версии на тези материали. Това не само ще намали масата на платната, но и платната ще използват електрооптично лазерно управление на лъчите вместо механично управление. Това също би направило платната по-ефективни и по-малко податливи на счупване. На слънчевото платно метаматериалите могат да се използват за улавяне на слънчевата енергия в структурите на дифракционните решетки, което би позволило да се събере много повече енергия от същото количество светлина.

По-художествено предаване на дифракционен светлинен двор. Изображение чрез НАСА.

Къде би могъл да пътува космически кораб, използвайки слънчеви платна? Като ранна стъпка, Swartzlander предвижда флот от тях, разположен около слънцето, за да постигне 360-градусов изглед на нашата родна звезда, нещо, което никога не е правено преди. Тъй като можеха да издържат слънчевата топлина по-добре от конвенционалните слънчеви платна, те дори можеха да бъдат поставени близо до полюсите на слънцето. Swartzlander се надява на демонстрационна мисия в следващите пет години:

Националната академия на науките непрекъснато иска повече мисии, които ще помогнат да се разбере физиката на слънцето и това може да бъде важна част от това.

В момента соларната сонда Parker, сложна, но все още „стара школа“ робот-сонда, прави поредица от орбити около слънцето, сближавайки се с всяка орбита. Той ще се приближи до слънцето много по-близо от всеки друг космически кораб преди, но все пак ще бъде ограничен до това колко близо може да се доближи.

Този нов вид соларно платно, което се разработва, може да се доближи дори до слънцето от слънчевата сонда Parker и да остане там по-дълго, уникална възможност да изучаваме нашата звезда по-подробно, отколкото някога е било възможно преди.

Технологията за слънчеви платна е само една от 18-те нови „потенциално революционни концепции за космически технологии“, в които НАСА инвестира. Други концепции включват SmartSuit, интелигентен дизайн на скафандър с мека роботика, самолекуваща се кожа и събиране на данни за екстравехикуларна дейност в екстремни среда и Power for Interstellar Fly-by, нов тип захранване на енергия от ултра-миниатюрни сонди, които да позволят междузвездни мисии.

Соларната сонда на НАСА „Паркър“ в момента прави близки летящи орбити на слънцето, но предвиденият нов тип слънчево платно може да се сближи още повече. Изображение чрез NASA / Johns Hopkins APL / Steve Gribben.

Според Джим Ройтер, действащ асоцииран администратор на мисията на космическите технологии на НАСА:

Нашата програма NIAC подхранва визионерски идеи, които биха могли да трансформират бъдещите мисии на НАСА, инвестирайки в революционни технологии. Ние търсим американските иноватори, които да ни помогнат да разширим границите на космическото проучване с нови технологии.

Концепциите на NIAC са авангардни идеи, въпреки че не са твърде далеч там. Както заяви Джейсън Дерлет, изпълнителен директор на програмата на NIAC:

NIAC е на път да стигне до ръба на научната фантастика, но не и да свърши. Подкрепяме концепции за технологии с високо въздействие, които могат да променят начина, по който изследваме в Слънчевата система и извън нея.

Ако тези нови технологии за слънчеви платна станат реалност, те биха могли да помогнат за революция в роботизираното изследване на планети, луни и други тела в Слънчевата система и може би един ден дори да предприемат по-смело пътуване до друга звезда.

Долен ред: Новата дифракционна технология, която се тества сега, може да революционизира соларните сонда за платно, като ги направи по-силни и по-ефективни, дори когато се мотаете близо до слънцето.

Via Rochester Institute of Technology