Forskere udvikler ny solsejladsteknologi til NASA

Rumfartøjer udstyret med sejl og drevet frem af solen er ikke længere science fiction eller teoretiske rummissioner. Nu, en forsker fra Rochester Institute of Technology tager solsejlads til næste niveau med avancerede fotoniske materialer.

Metamaterialer - en ny klasse af menneskeskabte strukturer med ukonventionelle egenskaber - kunne repræsentere det næste teknologiske spring fremad for solsejl, ifølge Grover Swartzlander, professor i RIT's Chester F. Carlson Center for Imaging Science. Han foreslår at erstatte reflekterende metalliske sejl med diffraktive metafilmsejl. De nye materialer kunne bruges til at styre reflekterede eller transmitterede fotoner til nær-Jorden, interplanetariske og interstellare rumrejser.

"Diffraktive film kan også være designet til at erstatte tunge og fejl-tilbøjelige mekaniske systemer med lettere elektro-optiske kontroller uden bevægelige dele, " han sagde.

Swartzlander leder en sonderende undersøgelse støttet af fase 1-finansiering fra NASAs Innovative Advanced Concepts-program. De ni måneder, $125, 000-prisen tilskynder til udvikling af visionær teknologi med potentiale til at revolutionere fremtidig rumudforskning. The Optical Society er vært for et inkubatormøde, Metamaterialefilm til fremdrift i rummet ved strålingstryk, 7-9 oktober i Washington, D.C., at skabe en køreplan for fremrykning af metamateriale sejl på satellitter, der kredser lavt om jorden, kaldet CubeSats. Swartzlander vil facilitere mødet med medarrangørerne Les Johnson, leder af In-Space Propulsion Technology Projects Office hos NASA Marshall Space Flight og hovedefterforsker af NASA Near-Earth Asteroid Scout-mission, eller NEA Scout; og Nelson Tabirian, præsident for BEAM Co., som har specialiseret sig i optiske teknologier og materialer.

"CubeSats er ved at blive af stor national betydning for videnskaben, sikkerhed og kommercielle formål, " sagde Swartzlander. "Potentialet til at rejse, de-orbit eller station-behold hundredvis af CubeSats fra lav kredsløb om Jorden ville være en anerkendt game changer, der ville skabe entusiasme og fortalervirksomhed blandt det voksende lille-satellit samfund af studerende, iværksættere og rumfartsforskere og ingeniører."

NEA Scout vil være den første CubeSat videnskabsmission, der har fastgjort sejl. Det er en af ​​13 satellitter, der vil udføre videnskabelige og teknologiske undersøgelser som en del af NASAs Exploration Mission-1. EM-1 er beregnet til at blive opsendt i år på den nye Space Launch System-raket. Når den er indsat, NEA Scouts aluminiumbelagte polyimidsejl vil reflektere sollys for at drive rekognosceringsrobotfartøjet på dets to-årige krydstogt.

Swartzlander sagde, at diffraktive metafilmsejl kunne korrigere kendte begrænsninger af reflekterende metalliske sejl - overophedning, ineffektiv brug af fotoner og overdreven hældning af rumfartøjet - fordi de nye materialer kan:

• Lavere absorption:De foreslåede diffraktive overflader vil eliminere problemer, der er forbundet med metalliske belægninger, som opvarmer og kompromitterer sejlsubstrater;
• Genbrug af fotoner:Diffraktive sejl ville genbruge transmitterede fotoner, konvertere dem til solenergi eller diffraktere lyset to gange for ekstra momentum. (Reflekterende sejl reflekterer fotoner tilbage i rummet eller absorberer i den metalliske belægning); og
• Forbedret orientering:Diffraktive sejl bevarer en mere effektiv position mod solen, tillader højeffektiv fremdrift og generering af solenergi på indlejrede fotovoltaiske celler. (Reflekterende sejl fungerer bedst, når rumfartøjet vippes. denne orientering mindsker projektionen af ​​solenergi på sejlet.)

"Diffraktive sejl kan også være designet til laserbaseret fremdrift, et årtier gammelt koncept, der for nylig har tiltrukket sig betydelig interesse fra private investorer, resulterede i et program kaldet Breakthrough Starshot, " sagde Swartzlander.

En leder inden for sit felt, Swartzlander har udført banebrydende forskning i den optiske vortex-koronagraf, optiske hvirvler, ensomme, sammenhængsteori, optisk pincet og optisk lift. Han er chefredaktør for Journal of the Optical Society of America B .