Prema objašnjenju The Planetary Society, sunčeva jedrilica ili solarno jedro predstavlja revolucionarni način pogona svemirskih letjelica kroz svemir.
Svemirska letjelica sa solarnim jedrom koristi velika reflektirajuća jedra koja iskorištavaju tlak elektromagnetskog zračenja Sunca. Ova jedinstvena metoda omogućava svemirskim letjelicama kretanje bez tradicionalnih pogonskih sustava, koristeći samo sunčevu svjetlost kao pogonsku silu. Misija LightSail 2 Planetary Societyja izvrstan je primjer te tehnologije u praksi, ali postoje i mnogi drugi slični projekti koji istražuju potencijale ove tehnologije. Ovakav pristup svemirskim putovanjima smatra se ključnim za buduće misije istraživanja Sunčeva sustava, jer nudi održiviji i potencijalno dugoročno ekonomičniji način za putovanje kroz svemir.
Kako funkcionira Sunčeva jedrilica?
Svjetlost se sastoji od čestica zvanih fotoni. Fotoni nemaju masu, ali dok putuju kroz svemir, posjeduju impuls. Kada svjetlost udari u solarno jedro – koje ima svijetlu, ogledalastu površinu – fotoni se od te površine odbijaju (odražavaju se kao od ogledala). Kada fotoni udare u jedro, njihov se impuls prenosi na njega, dajući mu blagi poticaj. Dok se odbijaju od jedra, fotoni mu daju još jedan blagi poticaj. Iako su ti poticaji vrlo slabi, u vakuumu svemira, gdje nema ništa što bi usporilo jedro, svaki poticaj mijenja brzinu jedra.
Kako solarno jedro kontrolira svoj smjer?
Kada solarno jedro direktno gleda prema Suncu, fotoni guraju svemirsku letjelicu naprijed, dalje od Sunca. Međutim, solarno jedro može se kretati i u drugim smjerovima mijenjanjem kuta jedra u odnosu na Sunce, slično kao što jedrilica mijenja smjer. Također je moguće promijeniti orbitu svemirske letjelice oko Sunca tako da se jedro postavi tako da fotoni sunca guraju u suprotnom smjeru od smjera u kojem se letjelica kreće. Solarna jedra također mogu kontrolirati svoj smjer na druge načine, kao što su promjena središta mase ili korištenje upravljačkih kormila.
Koje su prednosti solarnog jedra?
Svemirske letjelice dobivaju većinu svog impulsa tijekom lansiranja s Zemlje, a nakon toga obično povećavaju brzinu ili mijenjaju smjer koristeći kemijske rakete koje sagorijevaju unaprijed ugrađeno gorivo. Međutim, veća količina goriva povećava ukupnu težinu letjelice, što ograničava njezin teretni kapacitet. Kada dostignu maksimalnu brzinu, svemirske letjelice uglavnom nastavljaju putovanje kroz svemir koristeći se gravitacijskim asistencijama drugih planeta kako bi stigle do željenih destinacija.
Uz pomoć solarnih jedara, svemirska letjelica može kontinuirano ubrzavati sve dok postoji sunčeva svjetlost koja na nju djeluje. Unutar Sunčeva sustava, ova svjetlost neprekidno gura jedro, čime kontinuirano ubrzava letjelicu tijekom cijelog njezinog putovanja. Ovo omogućuje da svemirske letjelice pogonjene solarnim jedrima dostignu brzine koje bi za kemijske rakete bile neostvarive. Također, svemirske letjelice s solarnim jedrima imaju prednost jer se mogu postaviti na inače nestabilne orbite koristeći ubrzanje jedra kao stabilizirajuću silu. Primjerice, ova tehnologija bi omogućila misijama za praćenje Sunca da zauzmu pozicije bliže točki između Zemlje i Sunca nego što bi inače bilo moguće, što bi pružilo ranija upozorenja o solarnim olujama
Od čega je napravljena Sunčeva jedrilica?
Trenutačna solarna jedra izrađena su od laganih materijala poput Mylara ili polimida, koji su obloženi metalnim reflektirajućim premazom. LightSail 2 koristi četiri trokutasta Mylar jedra debljine samo 4,5 mikrona. Razvijaju se pomoću četiri legure kobalta koje se odmotavaju slično mjernim trakama. Ukupna površina jedara iznosi 32 kvadratna metra, što je približno veličina boksačkog ringa.
Koliko veliko mora biti solarno jedro?
Teoretski, ne postoji minimalna veličina za solarno jedro, ali za istu masu svemirske letjelice, veća jedra hvataju više sunčevih fotona i sve više ubrzavaju letjelicu. Tim NASA-e iz 1970-ih, na čelu s suosnivačem Planetary Societyja Louisom Friedmanom, predložio je solarno jedro površine 600.000 četvornih metara, koje bi se koristilo za slanje svemirske letjelice na susret s Halejevim kometom. To je ekvivalentno plohi od 800 metara s jedne i 800 metara s druge strane – veličine manjeg grada u Hrvatskoj. Naravno, praktičnost izgradnje i implementacije takvog ogromnog jedra je upitna. Ali ako bi takvo jedro moglo biti uspješno razvijeno, mogli bi se doseći nevjerojatni ciljevi.
Koliko brzo može ići Sunčeva jedrilica?
Brzina solarnog jedra ovisi o njegovoj veličini i masi. Veće jedro hvata više sunčeve svjetlosti, stvara veći impuls i brže ubrzava pri istoj masi. Za određenu veličinu jedra, lakša svemirska letjelica postići će veće ubrzanje. Ubzanje ovisi i o udaljenosti od izvora svjetlosti te snazi tog izvora. Kako se svemirska letjelica sa solarnim jedrom udaljava od Sunca, smanjuje se količina dostupne sunčeve svjetlosti, što rezultira sporijim ubrzanjem. Teoretski, moćni laseri mogli bi biti usmjereni na udaljeno solarno jedro, pružajući dodatno ubrzanje kako se letjelica udaljava od Sunca.
Kao konkretan primjer brzine solarnog jedra, jedra LightSail 2 površine 32 kvadratna metra ubrzavaju je na samo 0,058 mm/s². Za mjesec dana kontinuirane sunčeve svjetlosti, brzina svemirske letjelice bi se povećala za ukupno 549 kilometara na sat, što je približno brzina mlaznog aviona na krstarenju.
Veća jedra ili manja jedra ubrzana laserima teoretski bi mogla postići znatno veće brzine. Grupa Breakthrough Initiatives 2016. godine najavila je plan za slanje flote malih, laserom pogonjenih solarnih jedara prema našem najbližem zvjezdanom sustavu, Alfi Centauriju. Svemirske letjelice bile bi ciljane laserskim zrakama s Zemlje i ubrzavale do 20 posto brzine svjetlosti.
Koliko je skupa Sunčeva jedrilica?
Izgradnja solarnog jedra, osobito većih dimenzija, podvig je koji i dalje zahtijeva razvoj, a taj proces istraživanja i razvoja može biti skup. Međutim, jednom kada se tehnologija solarnih jedara bolje istraži i razumije, ona bi mogla postati relativno jeftin način pogona. Sunčeva svjetlost je besplatna i neograničena, što znači da svemirska letjelica pogonjena solarnim jedrom može putovati na veće udaljenosti bez potrebe za dodavanjem goriva, a mogla bi koristiti i manje, ekonomičnije lansirne rakete za isto putovanje. Stoga, za putovanje na velike brzine do udaljenih odredišta ili za osiguranje dugoročne stabilnosti na inače nestabilnoj orbiti, solarno jedrenje bi moglo biti isplativa opcija.
Zašto želimo Sunčevu jedrilicu? Kamo će nas odvesti?
Najuzbudljivija osobina solarnih jedara jest njihova sposobnost da otvore nove mogućnosti za znanstvena istraživanja i istraživanje svemira. Svemirska letjelica pogonjena solarnim jedrom mogla bi dosegnuti udaljene planete i zvjezdane sustave mnogo brže od letjelica pogonjenih raketama, zahvaljujući kontinuiranom ubrzanju koje omogućuje solarno jedrenje. Ipak, tehnologija za međuplanetarno ili međuzvjezdano solarno jedrenje još uvijek je u ranoj fazi razvoja.
U skorijoj budućnosti, solarno jedrenje bi se moglo efikasno koristiti u raznim misijama, uključujući nadzor Sunca, višestruke prelete pored objekata i svemirske letjelice za stalna promatranja polarnih regija Zemlje ili drugih objekata. Solarna jedra mogu također osigurati pogon za CubeSate—male, ekonomične satelite koji postaju sve popularniji među novim svemirskim nacijama, malim poduzećima i školskim grupama, omogućavajući im manevriranje u svemiru bez oslanjanja na raketno gorivo.
Kada je izumljeno solarno jedro?
Solarno jedrenje je koncept s dugom poviješću, koji seže sve do 1608. godine kada je Johannes Kepler podijelio ideju sa svojim prijateljem Galileom Galileijem. Planetary Society je jedan od pionira u razvoju tehnologije solarnog jedrenja. Početkom 2000-ih, izgradili su svemirsku letjelicu Cosmos 1 opremljenu solarnim jedrom. Dana 21. lipnja 2005., Cosmos 1 je lansiran s podmornice Borisoglebsk u Barentsovom moru. Nažalost, neuspjeh rakete spriječio je letjelicu da postigne orbitu. Da je misija bila uspješna, bila bi to prva svemirska misija koja je koristila solarni pogon i prva misija koju je provela organizacija zagovornika svemira.
Tko je izgradio solarna jedra? Koje misije solarnog jedrenja postoje?
Od neuspješne misije Cosmos 1, solarna jedra uspješno su razvijena i lansirana od strane Japanske svemirske istraživačke agencije (JAXA) s letjelicom IKAROS, koja je prva demonstrirala kontrolirano solarno jedrenje. NASA je također doprinijela s letjelicom NanoSail-D, dok je Planetary Society lansirao svoju letjelicu LightSail 1. Brojne dodatne misije solarnog jedrenja su u tijeku razvoja, uključujući misiju LightSail 2 Planetary Societyja i misiju NASA-e NEA Scout koja je usmjerena na istraživanje asteroida blizu Zemlje. NASA-in Advanced Composite Solar Sail System (ACS3) testirat će veće jedro u Zemljinoj orbiti u odnosu na prethodne misije.
Koja je najveća Sunčeva jedrilica?
Najveće solarno jedro izrađeno do danas pripada svemirskoj letjelici IKAROS, koju je razvila JAXA. Jedro IKAROS-a pokriva površinu od 196 četvornih metara, što je otprilike polovica veličine košarkaškog terena. Ta misija, koja je putovala do Venere i nastavila prema dalekoj strani Sunca, bila je prva međuplanetarna misija solarnog jedrenja.
Međutim, veličina jedra nije jedini faktor koji utječe na performanse. Iako je manje (32 četvorna metra), jedro LightSail 2 pruža približno deset puta veće ubrzanje od IKAROS-a. To je zato što je struktura svemirske letjelice LightSail 2 znatno manja i lakša od IKAROS-ove, omogućujući efikasnije iskorištavanje dobivenog impulsa
Leti li solarno jedro na solarnom vjetru?
Tehnički ne. Sunčeva jedrilica leti na fotonima, dok je solarni vjetar sastavljen od različitih ioniziranih čestica koje izbacuje Sunce. Te čestice se kreću sporije od svjetlosti i stvaraju silu koja je manja od jedan posto jakosti pritiska svjetlosti.
Izvor: The Planetary Society
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
