Sådan fungerer solsejl

Hundredvis af rummissioner er blevet lanceret siden den sidste månemission, herunder flere dybe rumsonder, der er blevet sendt til kanterne af vores solsystem. Imidlertid, vores rejser til rummet har været begrænset af kraften i kemiske raketmotorer og mængden af ​​raketbrændstof, som et rumfartøj kan bære. I dag, vægten af ​​en rumfærge ved lanceringen er cirka 95 procent brændstof. Hvad kunne vi opnå, hvis vi kunne reducere vores behov for så meget brændstof og de tanke, der rummer det?

Internationale rumorganisationer og nogle private virksomheder har foreslået mange transportmåder, der ville give os mulighed for at komme længere, men en bemandet rummission mangler endnu at gå ud over månen. Den mest realistiske af disse rumtransportmuligheder kræver eliminering af både raketbrændstof og raketmotorer - udskiftning med sejl. Ja, det er rigtigt, sejl.

NASA er en af ​​de organisationer, der har studeret denne fantastiske teknologi kaldet solsejl, der vil bruge solens strøm til at sende os ud i dybt rum. I denne artikel, HowStuffWorks viser dig, hvordan ideen om solsejlads udviklede sig, hvor NASA og andre er i gang med at teste denne teknologi, og hvor langt og hurtigt solsejl kan føre os i universet.

1. Solar Sejl Koncept
2. Solsejlmaterialer
3. Solar Sail Launch
4. Fremtidige rumrejser

Solar Sejl Koncept

For næsten 400 år siden, da meget af Europa stadig var involveret i søudforskning af verden, Johannes Kepler foreslog ideen om at udforske galaksen ved hjælp af sejl. Gennem hans observation, at komethaler blev blæst rundt af en slags solbrise, han mente, at sejl kunne fange den vind for at drive rumfartøjer, som vindene bevægede skibe på havene. Mens Keplers idé om en solvind er blevet modbevist, forskere har siden opdaget, at sollys udøver nok kraft til at flytte objekter. For at udnytte denne kraft, NASA har eksperimenteret med kæmpe solsejl, der kunne skubbes gennem kosmos af lys.

Der er tre komponenter til et solsejldrevet rumfartøj:

• Kontinuerlig kraft udøvet af sollys
• En stor, ultratyndt spejl
• En separat affyringsvogn

Et solsejldrevet rumfartøj behøver ikke traditionelt drivmiddel til strøm, fordi dets drivmiddel er sollys og solen er dens motor. Lys består af elektromagnetisk stråling, der udøver kraft på genstande, det kommer i kontakt med. NASA -forskere har fundet ud af, at ved 1 astronomisk enhed (AU), som er afstanden fra solen til jorden, svarende til 150 millioner km, sollys kan producere omkring 1,4 kilowatt (kw) strøm. Hvis du tager 1,4 kw og dividerer det med lysets hastighed, du ville opdage, at den kraft, solen udøver, er omkring 9 newton (N)/kvadratkilometer (dvs. 2 lb/km ² eller .78 lb/mi ² ). Sammenlignet med, en rumfærger hovedmotor kan producere 1,67 millioner N kraft under løft og 2,1 millioner N tryk i et vakuum. Til sidst, imidlertid, sollysets kontinuerlige kraft på et solsejl kunne drive et rumfartøj til hastigheder fem gange hurtigere end traditionelle raketter.

Nu, lad os se nærmere på disse sejl.

NASAs solsejlfremdrivningsteam og branchepartner, Able Engineering implementerede med succes deres solsejlsystem på Langley Research Center i løbet af en testperiode på fem uger fra april til maj 2004. Derefter, i juli 2004, NASAs solsejlfremdrivningsteam og branchepartner, L'Garde, Inc., oplevede også en vellykket implementering af deres solsejlsystem på Glenn Research Center.

I august 2004, to store solsejl blev opsendt og indsat i rummet af det japanske luftfartsundersøgelsesagentur.

Solsejlmaterialer

Mens solsejl tidligere er blevet designet (NASA's havde et solsejlsprogram tilbage i 1970'erne), materialer til rådighed indtil det sidste årti eller deromkring var alt for tunge til at designe et praktisk solsejlkøretøj. Udover at være let, materialet skal være stærkt reflekterende og kunne tåle ekstreme temperaturer. De gigantiske sejl, der testes af NASA i dag, er lavet af meget lette, reflekterende materiale, der er op til 100 gange tyndere end et gennemsnitligt ark papirvarer. Dette "aluminiumiserede, temperaturbestandigt materiale "kaldes CP-1 . En anden organisation, der udvikler solsejlteknologi, Planetary Society (en privat, non-profit gruppe med base i Pasadena, Californien), understøtter Kosmos 1 , som kan prale af solsejl, der er lavet af aluminiumforstærket Mylar og er cirka en fjerdedel tykkelsen af ​​en enlags skraldespand i plast.

Sejlenes reflekterende karakter er nøglen. Når fotoner (lyspartikler) hopper af det reflekterende materiale, de skubber forsigtigt sejlet med ved at overføre momentum til sejlet. Fordi der er så mange fotoner fra sollys, og fordi de konstant rammer sejlet, der udøves et konstant tryk (kraft pr. arealenhed) på sejlet, der frembringer en konstant acceleration af rumfartøjet. Selvom kraften på et rumfartøj med solsejl er mindre end en konventionel kemisk raket, såsom rumfærgen, sol-sejl rumfartøjet accelererer konstant over tid og opnår en større hastighed.

Du undrer dig måske over, hvad der sker, når rumfartøjet befinder sig langt fra sollys. En indbygget laser kunne overtage den nødvendige fremdrift til sejlene.

Solenergi - tjek. Solsejl - tjek. Men hvordan får vi sejlene og deres rumfartøjer ud i rummet? Lad os se.

Les Johnson, fra Marshall Space Flight Center, holder en stiv, letvægts kulfibermateriale, der gav mange solar-sejl-forskere pause til eftertanke. Denne fiber var en afvigelse fra standard solsejlmateriale, fordi den er cirka 200 gange tykkere. Men, tusinder af små huller gør det muligt at veje omtrent det samme som de tyndeste solsejlmaterialer, der testes.

Solar Sail Launch

Med bare sollys som magt, et solsejl ville aldrig blive affyret direkte fra jorden. Et andet rumfartøj er nødvendigt for at skyde solsejlet, som derefter ville blive indsat i rummet. En anden mulig måde at skyde et solsejl på ville være med mikrobølgeovn eller laserstråler leveret af en satellit eller et andet rumfartøj. Disse energistråler kunne rettes mod sejlet for at sende det ud i rummet og give en sekundær strømkilde under dets rejse. I et forsøg på NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL), sejl blev drevet til at løfte af ved hjælp af mikrobølger, mens laserstråler blev brugt til at skubbe sejlet fremad.

Når den blev lanceret, sejlene indsættes ved hjælp af et oppusteligt bomsystem, der udløses af en indbygget implementeringsmekanisme.

Kosmos 1, Planetary Society's solsejldrevne rumfartøjer, vil blive lanceret fra en nedsænket russisk sub i Barentshavet. Når den blev lanceret, 220 kg (100 kg) Cosmos 1 får et boost fra en "sparkmotor"-og placerer den i kredsløb cirka 885 km over Jorden.

Fremtidige rumrejser

Solsejlteknologi vil i sidste ende spille en nøglerolle i NASA-missioner på lang afstand. Men hvor langt vil disse solsejl kunne føre os, og hvor hurtigt vil de få os dertil?

Som vi fandt ud af i det sidste afsnit, solsejl ville i første omgang ikke blive drevet af den mængde kraft, der bruges til at opsende rumfærgen. NASA mener, at udforskningen af ​​rummet ligner fortællingen om "Skildpadden og haren, "med raketdrevne rumfartøjer som haren. I dette løb, det raketdrevne rumfartøj vil hurtigt springe ud, bevæger sig hurtigt mod sin destination. På den anden side, et raketfrit rumfartøj drevet af et solsejl ville begynde sin rejse i et langsomt, men stabilt tempo, gradvist tage fart, når solen fortsætter med at udøve kraft på den. Før eller senere, uanset hvor hurtigt det går, raketskibet løber tør for strøm. I modsætning, solsejlbåden har en endeløs strømforsyning fra solen. Derudover solsejlet kan potentielt vende tilbage til Jorden, der henviser til, at det raketdrevne køretøj ikke ville have noget drivmiddel til at bringe det tilbage.

Da det fortsat skubbes af sollys, solsejlkøretøjet vil opbygge hastigheder, som raketdrevne køretøjer aldrig ville kunne opnå. Et sådant køretøj ville i sidste ende rejse med omkring 56 mi/sek (90 km/sek), hvilket ville være mere end 200, 000 mph (324, 000 km / t). Denne hastighed er cirka 10 gange hurtigere end rumfærgens orbitale hastighed på 8 km/sek. For at give dig en idé om hvor hurtigt det er, du kunne rejse fra New York til Los Angeles på mindre end et minut med et solsejlkøretøj, der kørte i topfart.

Hvis NASA lancerede en interstellar sonde drevet af solsejl, det ville kun tage otte år for det at fange rumfartøjet Voyager 1 (det fjerneste rumfartøj fra Jorden), som har rejst i mere end 20 år. Ved at tilføje en laser- eller magnetstrålesender, NASA sagde, at det kunne skubbe hastigheder til 18, 600 mi/sek (30, 000 km/sek), hvilket er en tiendedel af lysets hastighed. Ved disse hastigheder, interstellare rejser ville være en næsten sikkerhed.

Masser mere information

relaterede artikler

• Sådan fungerer Solar Sail Technology
• Sådan fungerer lys
• Sådan fungerer raketmotorer
• Sådan fungerer satellitter
• Sådan fungerer rumfærger
• Sådan fungerer solen
• Sådan fungerer rumelevatorer
• Hvordan let fremdrift vil fungere
• Hvordan oppusteligt rumfartøj vil fungere
• Sådan fungerer rumfartøjer til antimateriale
• Hvordan Fusion Propulsion vil fungere
• NASA

Flere store links

• NASA -teamet implementerer med succes to solsejlsystemer
• The Planetary Society
• The Planetary Society's Solar Sail Project