Een nieuw type zonnezeil kan een revolutie teweegbrengen in de verkenning van de ruimte

In een programma Geavanceerde innovatieve NASA-concepten (NIAC), heeft het Amerikaanse ruimteagentschap een zonnezeilproject geselecteerd, dat de weg zou kunnen openen naar nieuwe bestemmingen. Deze innovatie, Diffractive Solar Sail genaamd, zou efficiënter kunnen zijn dan bestaande zonnezeilen. Dankzij het fenomeen diffractie kan het al het verzamelde zonlicht optimaal benutten. Dus een ruimtevaartuig uitgerust met dit zeil zal efficiënter en wendbaarder zijn.

De meeste ruimtevaartuigen draaien tegenwoordig op raketstuwstof of ionenmotoren. Het is dus vreemd om je een zeilschip voor te stellen dat door de ruimte reist. Het zonne-gliding aandrijfsysteem heeft zich echter al bewezen. Vanwege de lage uitgangsstuwkracht laat dit apparaat de machine natuurlijk niet de aarde verlaten, maar het is volledig bruikbaar op apparaten die zich in een baan om de aarde bevinden of de ontsnappingssnelheid hebben bereikt.

Dit concept werd met name getest door het Japan Aerospace Agency (JAXA), dat in 2010 werd gelanceerd Zijn schip IKAROS Uitgerust met een polyimide zonnezeil met een oppervlakte van 200 m² bedekt met zonnecellen op 10% van het oppervlak. Deze technologiedemonstratie is bedoeld om de prestaties van dit type betaling te evalueren. Onlangs heeft The Planetary Society – een wereldwijde non-profitorganisatie die zich toelegt op verkenning van de ruimte – zonnenavigatie getest met twee projecten, LightSail 1 en licht zeil 2, die respectievelijk in 2015 en 2019 werden gelanceerd. LightSail 2 zet zijn missie vandaag voort en maakt het mogelijk om basisgegevens over deze betalingsmodus te verzamelen.

Een zeil gebaseerd op het fenomeen diffractie

Zonnezeilen werken door de druk die fotonen van zonlicht uitoefenen (stralingsdruk genoemd) wanneer ze hun oppervlak raken. Deze kracht is relatief zwak, maar hoe groter en meer reflecterend het zeil, hoe groter de toename (als een deeltje wordt gereflecteerd in plaats van geabsorbeerd, zendt het tweemaal zijn momentum uit). Door de helling van het zeil aan te passen is het mogelijk in te werken op de uitgeoefende kracht – door een zeiloppervlak min of meer aan licht te presenteren – en zo het vaartuig (zoals een zeilboot) te geleiden.

Het belangrijkste voordeel van deze manier van voortstuwing is dat het mogelijk is om het zonder brandstof te doen, waardoor het schip een zeer groot bereik heeft om het zonnestelsel te verkennen. Het concept vertoont echter bepaalde grenzen: de stuwkracht is alleen maximaal wanneer de lichtstralen direct op het zeil worden gericht. De manoeuvreerbaarheid is dus beperkt, aangezien een met een dergelijk zeil uitgerust schip zich in geen enkele richting kan voortbewegen.

Refractief zonnezeilproject Specifiek bedoeld om deze “fout” te omzeilen. In feite maakt deze techniek gebruik van het fenomeen van diffractie van licht. Wanneer lichtgolven de randen van een obstakel tegenkomen (bijvoorbeeld een spleet of andere smalle spleet op een ondoorzichtige plaat), worden ze afgebogen van hun oorspronkelijke pad en in verschillende richtingen verspreid aan de andere kant. Dit is precies het effect dat dit nieuwe zonnezeil zoekt: het zal daarom bestaan ​​uit meerdere kleine netwerken ingebed in dunne films, die het ontvangen licht over het hele zeil zullen verdelen. In theorie zou dit het ruimtevaartuig in staat stellen om zonlicht efficiënter te gebruiken zonder de manoeuvreerbaarheid op te offeren.

Deze technologie zou het mogelijk kunnen maken om missies naar bijzonder moeilijk bereikbare plaatsen te visualiseren via traditionele voortstuwingspatronen, zoals banen rond de zonnepolen. Wetenschappelijke instrumenten die in deze positie worden geplaatst, zullen ons begrip van de zon verbeteren, evenals ons vermogen om ruimteweer te voorspellen.

Een cruciaal project voor zonnefysica

” Het universum verkennen betekent dat we nieuwe hulpmiddelen, nieuwe ideeën en nieuwe manieren nodig hebben om ons te verplaatsen “,” Jim vertelde Reuters in een verklaring, associate director van NASA’s Space Technology Mission Directorate (STMD). Daarom schroomt NASA niet om te investeren in de meest innovatieve en kansrijke projecten. ” Ons doel is om het mogelijke te veranderen, en Solar Split Sail belooft dit te doen voor een aantal opwindende nieuwe missietoepassingen. Mike LaPointe, waarnemend programmadirecteur van NIAC, toegevoegd.

Nu een zonnezeil met splijting is geselecteerd voor de derde fase van het NIAC-programma, heeft het projectteam – onder leiding van Amber Dubill van het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland – over twee jaar $ 2 miljoen aan financiering binnengehaald om door te gaan ontwikkeling van zijn technologie.

Het zeil moet sterk en licht zijn. Dankzij het fenomeen diffractie kan het kleiner zijn dan de tot nu toe geteste zonnezeilen. Dobell en zijn collega’s hebben al verschillende soorten materialen voor refractieve zeilen ontworpen, gemaakt en getest. Hun nieuwe financiering zal deze materialen verbeteren. Er zijn ook verschillende grondtests gepland om toekomstige missies beter voor te bereiden.

Het team is ervan overtuigd dat zijn gierzeil ongeëvenaarde zonne-monitoringmogelijkheden zal bieden; Het is ook van plan om een ​​hele constellatie van reflecterende zonnezeilen rond de zon te plaatsen om afbeeldingen en andere gegevens te verzamelen. “ Met de gecombineerde expertise van ons team op het gebied van optica, ruimtevaart, conventioneel zonnezeil en metamaterialen, hopen we wetenschappers in staat te stellen de zon te bestuderen als nooit tevoren. aldus de projectmanager.

bron : NASA