گزارشی از Universe Today نشان می دهد که تیمی از دانشمندان آئروگرافیت را به عنوان ماده ای برای بادبان خورشیدی که در نهایت می توانند به مریخ و فراتر از آن سفر کنند، مورد استفاده قرار داده اند.
به گزارش تکناک، بادبان های خورشیدی برای اولین بار توسط ماموریت LightSail 2 انجمن سیاره ای در فضا نشان داده شدند که مدار یک ماهواره کوچک کیوب ست را تنها با استفاده از نیروی محرکه فوتون ها یا پرتوهای نور خورشید به اندازه 3.2 کیلومتر فراتر بردند.
در حال حاضر، مطالعه جدیدی که در مجله Acta Astronautica منتشر شده است، جزئیات چگونگی شبیه سازی سفر به مریخ و فضای بین ستاره ای توسط تیمی از دانشمندان را با استفاده از بادبان های خورشیدی آئروگرافیت نشان می دهد.
ماموریت بادبان خورشیدی بین سیاره ای و بین ستاره ای
برای مطالعه خود، محققان در پشت این تحقیق، سرعت بادبان های خورشیدی ساخته شده با استفاده از آئروگرافیت را شبیه سازی کردند. آنها فضاپیمای بادبان خورشیدی را با جرم 1 کیلوگرم، شامل 25 اونس (720 گرم) آئروگرافیت که سطح مقطع 104 متر مربعی را پوشش می داد شبیه سازی کردند.
آنها سرعتی را که بادبانهای خورشیدی میتوانستند به مریخ و محیط بین ستارهای برسند که به هلیوپوز نیز معروف است (نقطهای که دیگر تأثیر باد خورشیدی در آن احساس نمیشود) اندازهگیری کردند.
آنها دو مسیر متفاوت از زمین را شبیه سازی کردند که به روش های انتقال مستقیم به بیرون و درون برای هر یک از این سفرها معروف است.
روش انتقال مستقیم به بیرون برای سفر به مریخ و هلیوپوز شامل استقرار و خروج بادبان خورشیدی از مدار قطبی به دور زمین بود.
برای روش انتقال به داخل، فضاپیمای بادبان خورشیدی با یک موشک سنتی به مکانی که تقریباً معادل 0.6 واحد نجومی (AU) از خورشید فاصله دارد پرواز میکند. بادبان خورشیدی سپس باز می شود و سفر خود را به مریخ یا هلیوپوز آغاز می کند.
محققان دریافتند که روش انتقال مستقیم به بیرون به یک فضاپیمای بادبان خورشیدی اجازه می دهد تا در 26 روز به مریخ برسد. فضاپیمایی که از روش انتقال به داخل استفاده میکند در 126 روز به سیاره سرخ میرسد، اگرچه 103 روز از آن بازه زمانی، مربوط به رسیدن موشک به محل مورد نظر برای استفاده از بادبان های خورشیدی است.
برای سفر به هلیوپوز، روش انتقال به داخل 5.3 سال طول کشید، در حالی که روش انتقال به بیرون 4.2 سال طول کشید.
روش انتقال به بیرون نیاز به 103 روز سفر قبل از استقرار دارد، اما به دلیل اینکه بادبان خورشیدی در 300 روز به حداکثر سرعت خود می رسد، سریعتر به هلیوسفر می رسد. با استفاده از روش انتقال به بیرون، دو سال طول می کشد تا به حداکثر سرعت خود برسد.
بادبان رانی در نور خورشید
بخش بزرگی از دلیل اینکه بادبان های خورشیدی در شبیه سازی های دانشمندان می توانند به این مکان های دوردست با چنین سرعت بالایی برسند به موادی است که از آن ساخته شده اند. این مواد آئروگرافیت نام دارد.
در مصاحبه با Universe Today، نویسنده ارشد این مطالعه، جولیوس کارلپ، دستیار پژوهشی در دانشگاه صنعتی درسدن، گفت: آئروگرافیت با چگالی کم خود 0.18 کیلوگرم بر متر مکعب، نسبت به سایر مواد معمولی برای بادبان خورشیدی مزیت بسیار بالایی دارد.
او ادامه داد: برای مثال، در مقایسه با مایلار (یک فویل پلی استر متالیز شده)، چگالی آن چهار مرتبه کوچکتر است. با فرض اینکه رانش ایجاد شده توسط بادبان خورشیدی به طور مستقیم به جرم بادبان وابسته است، نیروی رانش حاصله بسیار بیشتر است. علاوه بر مزیت شتاب، خواص مکانیکی آئروگرافیت نیز شگفت انگیز است.
البته، با وجود سرعت باورنکردنی خود، بادبان های خورشیدی تنها قادر به حمل محموله های بسیار کوچک به مریخ یا اعماق فضا هستند. برای مثال، ماموریت Breakthrough Starshot امیدوار است روزی یک دوربین بسیار سبک را ظرف 20 سال به نزدیک ترین منظومه ستاره ای ما، آلفا قنطورس بفرستد.
دکتر رنه هلر، اخترفیزیکدان در موسسه تحقیقاتی منظومه شمسی ماکس پلانک و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: بادبان خورشیدی پتانسیل ارسال سریع محمولههای کوچک (زیر کیلوگرم) را در سراسر منظومه شمسی دارد.
هلر ادامه داد: در مقایسه با پیشرانههای شیمیایی معمولی که میتوانند صدها تن محموله را به مدار پایین زمین بیاورند و بخش بزرگی از آن را به ماه، مریخ و فراتر از آن برسانند، این اندازه بهطور مضحکی کوچک به نظر میرسد. اما ارزش کلیدی فناوری بادبان خورشیدی سرعت است.
از آنجایی که یک بادبان خورشیدی با موفقیت کار می کند، انجمن سیاره ای با ناسا و سایر سازمان ها در ماموریت های بادبان سبک آینده همکاری می کند. ناسا انتظار دارد فضاپیمای بادبان خورشیدی خود را در فوریه 2025 پرتاب کند.
