Pelayar solar ialah cara untuk menggerakkan kapal angkasa menggunakan tekanan cahaya dan gas berkelajuan tinggi (juga dipanggil tekanan cahaya suria) yang dipancarkan oleh bintang. Mari lihat perantinya dengan lebih dekat.
Menggunakan layar bermakna perjalanan angkasa lepas kos rendah digabungkan dengan jangka hayat yang dilanjutkan. Oleh kerana kekurangan banyak bahagian bergerak, serta keperluan untuk menggunakan propelan, kapal sedemikian berpotensi untuk digunakan semula untuk penghantaran muatan. Nama cahaya atau layar foton juga kadangkala digunakan.
Cerita konsep
Johannes Kepler pernah menyedari bahawa ekor komet memandang jauh dari Matahari, dan mencadangkan bahawa bintang yang menghasilkan kesan ini. Dalam surat kepada Galileo pada tahun 1610, dia menulis: "Sediakan kapal dengan layar yang disesuaikan dengan angin suria, dan akan ada mereka yang berani meneroka kekosongan ini." Mungkin, dengan kata-kata ini, dia merujuk dengan tepat kepada fenomena "ekor komet", walaupun penerbitan mengenai topik ini muncul beberapa tahun kemudian.
James K. Maxwell pada tahun 60-an abad XIX menerbitkan teori medan elektromagnet dansinaran, di mana dia menunjukkan bahawa cahaya mempunyai momentum dan dengan itu boleh memberi tekanan pada objek. Persamaan Maxwell menyediakan asas teori untuk pergerakan tekanan ringan. Oleh itu, seawal tahun 1864, diketahui di dalam dan di luar komuniti fizik bahawa cahaya matahari membawa impuls yang memberikan tekanan pada objek.
Pertama, Pyotr Lebedev menunjukkan secara eksperimen tekanan cahaya pada tahun 1899, dan kemudian Ernest Nichols dan Gordon Hull menjalankan eksperimen bebas yang serupa pada tahun 1901 menggunakan radiometer Nichols.
Albert Einstein memperkenalkan formulasi berbeza, mengiktiraf kesetaraan jisim dan tenaga. Sekarang kita hanya boleh menulis p=E/c sebagai nisbah antara momentum, tenaga dan kelajuan cahaya.
Svante Arrhenius meramalkan pada tahun 1908 kemungkinan tekanan daripada sinaran suria yang membawa spora hidup pada jarak antara bintang, dan, akibatnya, konsep panspermia. Beliau ialah saintis pertama yang mendakwa bahawa cahaya boleh memindahkan objek antara bintang.
Friedrich Zander menerbitkan makalah termasuk analisis teknikal layar solar. Dia menulis tentang "penggunaan kepingan cermin yang besar dan sangat nipis" dan "tekanan cahaya matahari untuk mencapai kelajuan kosmik."
Projek rasmi pertama untuk membangunkan teknologi ini bermula pada tahun 1976 di Makmal Pendorong Jet untuk cadangan misi pertemuan dengan Komet Halley.
Cara layar solar berfungsi
Cahaya menjejaskan semua kenderaan di orbit planet atau dalamruang antara planet. Sebagai contoh, kapal angkasa konvensional menuju ke Marikh akan berada lebih daripada 1,000 km dari Matahari. Kesan ini telah diambil kira dalam perancangan trajektori perjalanan angkasa sejak kapal angkasa antara planet pertama pada tahun 1960-an. Sinaran juga mempengaruhi kedudukan kenderaan, dan faktor ini mesti diambil kira dalam reka bentuk kapal. Daya pada layar suria ialah 1 newton atau kurang.
Penggunaan teknologi ini mudah di orbit antara bintang, di mana sebarang tindakan dilakukan pada kadar yang rendah. Vektor daya layar cahaya berorientasikan sepanjang garis matahari, yang meningkatkan tenaga orbit dan momentum sudut, menyebabkan kapal bergerak lebih jauh dari matahari. Untuk menukar kecondongan orbit, vektor daya berada di luar satah vektor halaju.
Kawalan kedudukan
Sistem Kawalan Sikap (ACS) kapal angkasa diperlukan untuk mencapai dan menukar kedudukan yang diingini semasa mengembara melalui Alam Semesta. Kedudukan set radas berubah sangat perlahan, selalunya kurang daripada satu darjah sehari dalam ruang antara planet. Proses ini berlaku lebih cepat di orbit planet. Sistem kawalan untuk kenderaan yang menggunakan layar solar mesti memenuhi semua keperluan orientasi.
Kawalan dicapai dengan peralihan relatif antara pusat tekanan kapal dan pusat jisimnya. Ini boleh dicapai dengan ram kawalan, menggerakkan layar individu, menggerakkan jisim kawalan, atau menukar pemantul.kebolehan.
Kedudukan berdiri memerlukan ACS untuk mengekalkan tork bersih pada sifar. Momen daya layar tidak tetap di sepanjang trajektori. Perubahan dengan jarak dari matahari dan sudut, yang membetulkan aci layar dan memesongkan beberapa elemen struktur sokongan, mengakibatkan perubahan dalam daya dan tork.
Sekatan
Pelayar solar tidak akan dapat berfungsi pada ketinggian lebih rendah daripada 800 km dari Bumi, kerana sehingga jarak ini daya rintangan udara melebihi daya tekanan ringan. Iaitu, pengaruh tekanan suria sangat ketara, dan ia tidak akan berfungsi. Kadar pusingan kapal layar mestilah serasi dengan orbit, yang biasanya hanya menjadi masalah untuk konfigurasi cakera berputar.
Suhu operasi bergantung pada jarak suria, sudut, pemantulan dan radiator hadapan dan belakang. Layar hanya boleh digunakan di mana suhu disimpan dalam had materialnya. Ia biasanya boleh digunakan agak dekat dengan matahari, sekitar 0.25 AU, jika kapal direka bentuk dengan teliti untuk keadaan tersebut.
Konfigurasi
Eric Drexler membuat prototaip layar suria daripada bahan khas. Ia adalah bingkai dengan panel filem aluminium nipis dengan ketebalan 30 hingga 100 nanometer. Layar berputar dan mesti sentiasa di bawah tekanan. Struktur jenis ini mempunyai luas per unit jisim yang tinggi dan oleh itupecutan "lima puluh kali lebih pantas" daripada yang berdasarkan filem plastik boleh digunakan. Ia adalah layar persegi dengan tiang dan garisan berkembar di bahagian gelap layar. Empat tiang bersilang dan satu berserenjang dengan pusat untuk memegang wayar.
Reka bentuk elektronik
Pekka Janhunen mencipta layar elektrik. Secara mekanikal, ia mempunyai sedikit persamaan dengan reka bentuk cahaya tradisional. Layar diganti dengan kabel konduktif yang diluruskan (wayar) yang disusun secara jejari di sekeliling kapal. Mereka mencipta medan elektrik. Ia memanjangkan beberapa puluh meter ke dalam plasma angin suria di sekelilingnya. Elektron suria dipantulkan oleh medan elektrik (seperti foton pada layar suria tradisional). Kapal boleh dikemudi dengan mengawal cas elektrik wayar. Layar elektrik mempunyai 50-100 wayar yang diluruskan, kira-kira 20 km panjang.
Ia diperbuat daripada apa?
Bahan yang dibangunkan untuk layar suria Drexler ialah filem aluminium nipis setebal 0.1 mikrometer. Seperti yang dijangkakan, ia telah menunjukkan kekuatan dan kebolehpercayaan yang mencukupi untuk digunakan dalam angkasa, tetapi bukan untuk melipat, melancarkan dan menggunakan.
Bahan yang paling biasa dalam reka bentuk moden ialah filem aluminium "Kapton" bersaiz 2 mikron. Ia tahan suhu tinggi berhampiran Matahari dan cukup kuat.
Terdapat beberapa teorispekulasi tentang menggunakan teknik pembuatan molekul untuk mencipta layar ultra-ringan yang canggih, kuat, berdasarkan grid fabrik nanotube di mana "jurang" tenunan adalah kurang daripada separuh panjang gelombang cahaya. Bahan sedemikian dicipta hanya di makmal, dan cara pembuatan pada skala industri belum tersedia.
Pelayar ringan membuka prospek hebat untuk perjalanan antara bintang. Sudah tentu, masih banyak persoalan dan masalah yang perlu dihadapi sebelum mengembara di alam semesta dengan reka bentuk kapal angkasa seperti itu menjadi perkara biasa bagi manusia.
