Im Jahr 1418 die europäischen Segelboote verließen Ihre Häfen, den Atlantischen Ozean zu erkunden, und das Zeitalter der Großen geographischen Entdeckungen. Im Jahr 2018 eine kleine Raumsonde wird das Segel und beginnt die Reise zu dem Fernen Asteroiden. Es wird die erste Raumsonde der NASA, die bewegen sich außerhalb der Umlaufbahn der Erde ausschließlich durch Sonnenlicht. Diese Technologie kann den Weg preiswerteren Erforschung des Sonnensystems und letztlich interstellaren Raum.
Die Sonde Near-Earth Asteroid Scout im Wert von 16 Millionen US-Dollar gehört zu den 13 wertvollsten Güter, die NASA neulich. Sie alle gehen zusammen mit der feierlichen Inbetriebnahme Space Launch System — einer großen Raketen entwickelt, die auf den Ersatz des kosmischen шаттлам, die einmal Glück haben das Raumschiff «Orion» zum mars.
Benötigen Sie 2,5 Jahre, um NEA Scout erreichte Reiseziel, kleinen Asteroiden 1991 VG. Aber es wird nicht eine entspannte Kreuzfahrt. Kontinuierliche Stange wird durch Sonnenlicht, die geleuchtet in Solar-Segel, und verteilen Sie die Sonde bis zu einer Geschwindigkeit von 103 000 km/h relativ zur Sonne.
Nach einer gewissen Zeit Raumsonde, ausgestattet mit einem Solar-Segel kann mehr beschleunigen, als das Raumschiff ähnlichen Größen mit einer herkömmlichen chemischen Raketen.
«Das Segel gewinnt das Rennen in Bezug auf die endgültige Geschwindigkeit, wie die Schildkröte Hasen umgeht, sagt Johnson Wald, technischer Berater für modernste Konzepte der NASA im Zentrum der Raumfahrt von ihm. Marshall. Chemische Rakete liefert enorme anfangs Heißhunger, aber letztlich verbrennt seinen Kraftstoff. — Da das Segel nicht verwendet keinen Kraftstoff, wir unterstützen das verlangen, solange die Sonne scheint».
Leichtes Material
Solar Segel machen aus ultradünnen Material mit einem hohen Reflexionsvermögen. Wenn das Photon die Sonne trifft auf die Spiegelfläche, er springt von Segel und überträgt seinen Impuls kosmischen Einheit — ebenso Billardkugel überträgt seinen Impuls, als Begegnung mit einem anderen Ball auf dem Tisch.
Die Idee der Sonnensegel gibt es seit 1924, als die Legende des sowjetischen Raketentechnik, Konstantin Ziolkowski und Фридрик Zander konzipiert, das Raumschiff, «die große Spiegel-aus sehr dünnen Blechen» und «der Druck des Sonnenlichts für das erreichen der kosmischen Geschwindigkeiten». Vierzig Jahre später der Schriftsteller Science-Fiction-Autor Arthur C. Clarke hat popularisierte diese Idee in seinem Roman «Solar wind».
Die NASA Anfang investieren in die Technologie der Solar-Segel in den späten 90er Jahren. Im Jahr 2010 Agentur erfolgreich startete ein kleines Segel-Satelliten in die Umlaufbahn der Erde, wo er verblieb 240 Tage, bis die Atmosphäre eintreten und nicht verbrannt.
Im selben Jahr hat die Japanische Raumfahrtagentur zeigte die Möglichkeit der Verwendung von Solar-Segel für interplanetare Reisen. Test-Gerät gesteckt haben an Bord венерианского Sonde «Akatsuki». Das Gerät mit Solar-Segel-namens IKAROS wurde entdeckt Sonde im Weltraum, als er befand sich in 7 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Sechs Monate später IKAROS erfolgreich flog an der Venus.
Solar-Segel sind möglich, Dank der Revolution im Bereich der Elektronik.
Die Sache ist die, dass das Projekt Solar-Segel ist eine Art von Geisel das zweite Gesetz der Bewegung von Newton: Kraft = Masse multipliziert mit der Beschleunigung. Die Kraft des Sonnenlichts ist konstant, also für die Erreichung hoher Beschleunigung müssen Sie Ihre geringe Masse.
«Noch vor 25-30 Jahren die Elektronik war nicht so einfach, sagt Johnson. — Es war unmöglich, sich vorzustellen, Bau genug kleine Raumsonde, die nicht brauchen ein riesiges Segel. Mit dem Aufkommen der Smartphones und die Miniaturisierung der Komponenten, können wir nun wirklich leicht zu machen und ein kleines Raumschiff, was bedeutet, er braucht das Segel mit vernünftigen Ausmaßen».
Johnson nennt als Beispiel CubeSat — Miniatur-Satelliten-Würfel, gebaut aus «ready-to-eat» – Technologie. NEA Scout wird CubeSat der Größe mit dem Schuhkarton, das wird schieben Solar Sail 86 qm
Trotz seiner bescheidenen Größe, Sonde verpackt genügend Instrumente für die Durchführung von umfangreichen Recherchen des Asteroiden 1991 VG, fotografieren und misst die Chemische Zusammensetzung, Größe und Bewegung des Objekts.
Die NASA sieht in einer solchen Exploration ist ein wichtiger Erster Schritt in Richtung Zukunft пилотируемым Missionen zu астероидам. Wenn der Astronaut sich treffen, erforschen Sie die Oberfläche der kosmischen Stein, NASA sein will, in der Gewissheit, dass er dreht sich langsam und berechenbar, aber nicht einem Kreisel dreht sich in verschiedene Richtungen. Ebenso Weltraumorganisation will im Voraus wissen, fest, ob ein Asteroid oder vertreten durch Steinhaufen vorenthalten Schwerkraft.
Bewegung von Licht
Während seiner Mission NEA Scout findet mindestens ein langsamer, nähert sich auf einer kurzen Entfernung — seine Geschwindigkeit sinkt bis zu 10 Metern pro Sekunde, und das Gerät wird einen halben Kilometer von der Oberfläche des Asteroiden. Dies weist auf einen anderen Vorteil von Solar-Segel: Sie sind sehr wendig, manchmal sogar übertreffen die traditionellen Methoden der Bewegung.
Der Schlüssel für die Verwaltung Segel — egal ob Atlantik oder Raum — liegt in der Schaffung von asymmetrischen Schub. Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, Sie zu erstellen, verwenden himmlischen Entsprechungen der Masten und Takelage. IKAROS hat eine Elektro-optisches Beschichtung, die dunkelt beim anlegen einer Spannung, die Licht absorbieren und nicht reflektieren. Kann man so «einstellen» Teil des Segels, so dass Sie erhielt zwei mal weniger Sonne als andere, und Gerät bereitstellen.
NEA Scout verwendet einen anderen Ansatz, mit Schiebemechanismus, das die Triebkraft für CubeSat vorwärts und rückwärts relativ zu den Rahmen, auf die Segel entfaltet.
«Wenn wir uns vorstellen, eine Dose von der Cola, die unseren Geräten, und legen Sie ein Blatt Papier von oben Platt, das Segel wird, sagt Johnson. — Dann stellen Sie sich vor, dass Sie einfach körperlich bewegen Blatt nach Links und nach rechts. Das ist so wie es ist». Die Neigung des Segels auch können Sie die Geschwindigkeit einstellen.
Flexibilität Raumsonde mit Solar-Segel — kombiniert mit einer Konstanten verlangen, Dank неисчерпаемому Reserve Kraftstoff — öffnet den Weg mehrere interessante Möglichkeiten.
Angenommen, Sie möchten senden Sie die Sonde oberhalb der Ebene der Ekliptik des Sonnensystems zu erkunden Nordpol der Sonne. Um dramatisch verändern die Richtung und die Geschwindigkeit — nicht unter Verwendung der kostbare Kraftstoff — Ingenieure in der Regel verlassen sich auf die Schwerkraft Manöver. «Jetzt müssen wir schicken das Raumschiff zum Jupiter, um der Schwerkraft ein Manöver, um ihn aus der Ebene der Ekliptik und einen besseren Winkel der Umlaufbahn um die Sonne, sagt Johnson. — Mit dem Segel wird ganz einfach lenken ihn nach oben».
Eine andere mögliche Anwendung schon näher, es «sitzt auf der Stange» bearbeitet wird. Jetzt, wenn Sie fixieren möchten einen Satelliten in einer bestimmten Position relativ zu dem Ort auf der Erde — und es wäre übrigens sehr für Technologien für die Kommunikation — Sie können nur senden Sie es in eine geostationäre Umlaufbahn, ausschließlich über dem äquator, auf der Höhe 35 786 Kilometer über dem Boden.
Aber mit dem Segel «können Sie sich über den Nord-oder Südpol der Erde und um die Sonne rotieren mit der gleichen Geschwindigkeit, mit welcher die Erde um die Sonne dreht, sagt Johnson. — So überwinden Sie die Schwerkraft der Erde, genug Segel zu lenken, so dass er schob Sie nach oben, die ganze Zeit. So können Sie зависнете regungslos auf dem Nordpol oder dem Südpol».
Positive Energie
Photonen, die wir sehen, wie das Sonnenlicht — nicht die einzige Treibstoff für die Raumsonde, die der Sonne erzeugte. Die NASA-Wissenschaftler vor kurzem erhielten zusätzliche Mittel für die Forschung erweiterten Konzept Superfast Segel, подгоняемого geladenen Teilchen im sonnigen wind.
Es heißt elektrischer Segel, e-sail. Diese Idee zum ersten mal vorgeschlagen, Pekka Янхунен, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Finnischen meteorologischen Instituts. Er stellte den Apparat, umgeben von 20 dünnsten Drähten Länge von 20 Kilometern jedes.
Diese Drähte erzeugen positiv geladene elektrische Feld gebietsübergreifenden Dutzende Meter in den Raum. Die Protonen des Sonnenwindes, die oben mit einer Geschwindigkeit von 750 Kilometern pro Sekunde, abgestoßen diese ein elektrisches Feld in Reaktion herausschieben der Raumsonde. Die negativ geladenen Partikel des Sonnenwindes gedämpft eine Art «E-Kanone», so daß das elektrische Segel unterstützt die positiv geladenen elektrischen Feld.
Электропарус wird eine Menge Kraftstoff. Wenn Sonnenlicht, schieben Sie die Solar-Segel, deutlich geschwächt, wenn das Raumschiff erreicht den Asteroidengürtel, der Sonnenwind weht immer noch stark. Im Laufe der Zeit электропарус übertakten bis zu 100-150 km/S.
Dies bedeutet, dass Raumsonden erreichen können, Jupiter in nur zwei Jahren oder Pluto in fünf. Электропарус kann bieten völlig neue Möglichkeiten für die Erforschung des Weltraums, erlauben uns, festzustellen, Express-eine Reise außerhalb des Sonnensystems in den interstellaren Raum.
«Вояджеру-1» es dauerte 35 Jahre, um die Grenzen des Sonnensystems zu erreichen. Solar-Segel feststellte, wäre eine solche Tour für 20 Jahre, und электропарус — 10.
«Ich muss zugeben, vor zweieinhalb Jahren, als mein Chef kam zu mir und sagte: «wir wollen, dass Sie sich das anschauen», habe ich ehrlich Wiehern, sagte Bruce Вигманн, Systems Engineer der NASA. — Dann haben wir geschaut haben und sagten, Sie sagen, sehr interessant. Gingen Weg vom Ungläubigen zum Gläubigen.»
Eigentlich Вигманн glaubt, dass der Prototyp gestartet werden kann in nur fünf Jahren. Aber entscheiden musst ein paar wichtige Fragen. Obwohl электропарусу nicht braucht Brennstoff, er braucht eine leistungsstarke Energiequelle für die E-Kanone, die schlägt Elektronen. Wie viel Energie? Abhängig von der Anzahl der Elektronen, die sammelt электропарус. Spezialisten der NASA untersuchen diese Frage mit einem aufgeladenen Draht in der Plasma-Kammer zu simulieren Sonnenwind.
Ein weiteres Problem besteht in der Verhinderung der Kurven dünnen langen Leitungen während der Exposition gegenüber dem Sonnenwind. Lösung: drehen Sie das Gerät in einer Geschwindigkeit, die bieten genug Zentrifugalkraft, um die Drähte blieben angespannt.
Nächster halt: Alpha Centauri
Außerhalb des NASA Johnson am Wald gibt es noch eine andere Arbeit: er schreibt Science-Fiction. In der Tat, er war froh, dass der Roman «Splitter im Auge Gottes» von 1974 für das Interesse an Solar-Segel.
Kein Wunder, dass er träumt von der Fernen Zukunft. Er will, dass Solar-Segel ging in ein anderes Sonnensystem.
«Wir könnten eine große Laser, sagt er. — Da das Segel von der Sonne entfernt, und das Sonnenlicht wird immer kleiner, Sie können markieren ihn mit dem Licht der Laser, die Fortsetzung der Bewegung. Der Laser bleibt in der Umlaufbahn der Sonne, die Fortsetzung zu übertakten Segel immer schneller und schneller, bis er das Sonnensystem nicht verlassen».
Natürlich bleiben die technischen Schwierigkeiten, die Sie haben zu entscheiden. Erstens, das Segel sollte so groß wie Texas. Und Orbital-Laser werden muss, um Energie zu erzeugen, dessen Volumen kann man vergleichen mit dem, was produziert heute die ganze Welt. Klingt natürlich so Lala, aber für hundert Jahre hat sich viel getan werden kann.
Die erste kosmische Schiff, geschaffen, um die Menschen und an ein anderes System, kann dort ankommen wie seine ozeanischen Vorfahren während des Zeitalters der Entdeckungen: unter Segel entfaltet, der den Sternen.