Żagiel słoneczny
Żagiel słoneczny (lub lekkie żagle lub żagle fotonowe) to proponowana metoda napędu statku kosmicznego wykorzystująca ciśnienie promieniowania wywierane przez światło słoneczne. Słowo "żagiel" jest przez analogię z łodziami, które wykorzystują żagiel do poruszania się z wiatrem. Koncepcja ta została po raz pierwszy zaproponowana w XVII wieku przez Johannesa Keplera. Miał on teorię, że żagle można dostosować do "niebiańskich bryz".
W 1865 roku James Clerk Maxwell opublikował swoją teorię pól elektromagnetycznych i promieniowania. Pokazał on, że światło (jedna z form promieniowania elektromagnetycznego) może wywierać nacisk na obiekt. Ciśnienie to nazywane jest ciśnieniem promieniowania. Stanowiło to podstawę nauki stojącej za żaglem słonecznym. Promieniowanie słoneczne wywiera presję na żagiel dzięki odbiciom i niewielkiej części, która jest pochłaniana.
Ciśnienie słoneczne działa na statki kosmiczne, w przestrzeni kosmicznej lub na orbicie wokół planety. Typowy statek kosmiczny lecący na Marsa, na przykład, jest wypierany tysiące kilometrów przez ciśnienie słoneczne. Efekty są przewidywane w planowaniu. Ma to miejsce od czasów wczesnego międzyplanetarnego statku kosmicznego z lat 60-tych. Ciśnienie słoneczne wpływa również na orientację statku, co jest czynnikiem uwzględnianym w projektowaniu statków kosmicznych.
Koncepcja żagla słonecznego została później wykorzystana w science fiction, jak np. prace Jules'a Verne'a.
Jak może wyglądać żagiel słoneczny (z małym statkiem kosmicznym).
Żagiel testowy 20x20m
Teoria
Ideą żagla słonecznego jest wykorzystanie ciśnienia promieniowania słonecznego do poruszania statkiem kosmicznym, prawdopodobnie przy użyciu dużych luster (dużych powierzchni odbijających światło). Wadą tej metody jest to, że generowany ciąg jest bardzo mały. Zaletą jest to, że nie jest potrzebny żaden materiał pędny (tak długo jak jest światło). W rezultacie jest ona rozważana jako możliwa opcja dla przyszłych statków kosmicznych. Do tej pory jako eksperymenty stosowane były tylko małe wersje testowe.
Dla przykładu, całkowita siła wywierana na 800 na 800 metrowy żagiel słoneczny wynosi około 5 niutonów (1.1 funta) w odległości Ziemi od Słońca, co czyni go napędem niskociśnieniowym, podobnym do statku kosmicznego napędzanego silnikami elektrycznymi. Ponieważ nie używa on żadnego paliwa napędowego, siła ta jest wywierana niemal bez przerwy. Zbiorowy efekt w czasie jest na tyle duży, iż może być uważany za sposób napędzania statków kosmicznych.
Historia
Plany pierwszego zastosowania tej koncepcji zostały opracowane w latach 70. przez Bruce'a Murraya i Louisa Friedmana, dwóch badaczy z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Pasadenie w Kalifornii.
W dniu 21 maja 2010 r. Japońska Agencja Badań Kosmicznych (JAXA) z powodzeniem wypuściła na orbitę żagiel słoneczny IKAROS (Interplanetary Kite-Craft Accelerated by Radiation Of The Sun). Użyła ona żagla słonecznego w przestrzeni pomiędzy Ziemią a Wenus. Było to pierwsze udane użycie żagla słonecznego.
W 2010 roku NASA wypuściła na rynek żaglowiec słoneczny NANOSEL-D2. Był to pierwszy sukces żaglowca słonecznego NASA.
W dniu 2 lipca 2019 roku Planet Society, z siedzibą w Stanach Zjednoczonych, wystrzeliło satelitę LightSail 2, zaprojektowanego w technologii żagli słonecznych. Ten lekki satelita został wystrzelony za pomocą rakiety SpaceX's Falcon Heavy z Kennedy Space Center na Florydzie. Była to misja niskobudżetowa, finansowana z darowizn od 50.000 członków. Całkowity budżet wynosił mniej niż 7 milionów dolarów. Pod koniec lipca 2019 roku, LightSail 2 otworzył swój żagiel słoneczny. Zajęło to około 3 minut.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest żagiel słoneczny?
O: Żagiel słoneczny (lub żagle świetlne lub fotonowe) to proponowana metoda napędu statków kosmicznych wykorzystująca ciśnienie promieniowania wywierane przez światło słoneczne.
P: Kto pierwszy zaproponował koncepcję żagla słonecznego?
O: Koncepcja ta została po raz pierwszy zaproponowana w XVII wieku przez Johannesa Keplera.
P: Co takiego opublikował James Clerk Maxwell, że stworzył podstawy nauki stojącej za żaglem słonecznym?
O: James Clerk Maxwell opublikował swoją teorię pól elektromagnetycznych i promieniowania, która wykazała, że światło (jedna z form promieniowania elektromagnetycznego) może wywierać nacisk na obiekt, znany jako ciśnienie promieniowania.
P: Jak ciśnienie słoneczne działa na statek kosmiczny?
O: Ciśnienie słoneczne działa na statki kosmiczne znajdujące się w przestrzeni kosmicznej lub na orbicie wokół planety, przesuwając je o tysiące kilometrów i wpływając na ich orientację.
P: Kiedy po raz pierwszy wzięto pod uwagę ten efekt przy planowaniu misji międzyplanetarnych?
O: Robi się to już od czasów pierwszych międzyplanetarnych statków kosmicznych z lat 60-tych.
P: W jakich innych kontekstach wykorzystywano koncepcję żagla słonecznego?
O: Koncepcja żagla słonecznego była wykorzystywana również w fantastyce naukowej, np. w pracach Juliusza Verne'a.
