Międzyplanetarne rejsy bez paliwa

Żagiel tego rodzaju będzie mógł służyć jako napęd podczas różnych misji, na przykład do transportu wielu ładunków – sprzętu, materiałów, żywności – między planetami, asteroidami, a także do manewrowania satelitami czy stacjami kosmicznymi.

Samą konstrukcję żagla powierzono firmie L'Garde Inc. która wykonała m.in. antenę balonową zainstalowaną na pokładzie wahadłowca Endeavour.

Jeżeli technologia ta sprawdzi się, prawdopodobnie będzie wykorzystywana do taniego transportowania dużych ładunków, wielkich ilości zapasów niezbędnych do zbudowania i przetrwania kolonii na Marsie.

Kosmiczna żaglówka

Żagiel będzie nosił nazwę Sunjammer. Zaczerpnięto ją z opowiadania science fiction autorstwa Arthura Clarka opisującego wyścig jachtów kosmicznych.

Sunjammer opuści Ziemię na pokładzie rakiety Falcon 9 zbudowanej przez amerykańską firmę SpaceX (Space Exploration Technologies Corporation). Start przewidziany jest w listopadzie 2014 roku. Ta sama rakieta będzie miała na pokładzie również satelitę klimatycznego DSCOVR – Deep Space Climate Observatory.

1208 mkw. taką powierzchnię będzie miał żagiel słoneczny, który poszybuje w przestrzeń międzyplanetarną

Sunjammer zostanie umieszczony w rakiecie w postaci złożonej, jako niewielki pakunek wielkości pralki, ważący zaledwie 32 kg. W kosmosie, po rozpostarciu, osiągnie powierzchnię 1208 metrów kwadratowych. Będzie to kwadrat o boku blisko 35 m.

Dla porównania, pierwszy żagiel słoneczny IKAROS (Japońska Agencja Kosmiczna JAXA) wyniesiony na orbitę w 2010 roku ma powierzchnię 30 mkw., natomiast drugi, amerykański NanoSail, wystrzelony rok później – 170 mkw.

Żagiel wykonany jest z dwóch warstw żywicy poliamidowej. Jest to tworzywo cieńsze od ludzkiego włosa, grubości 0,008 milimetra, o bardzo dużej odporności mechanicznej. W rozłożeniu żagla pomoże ruch wirowy walca, na który nawinięta będzie tkanina. Walec zacznie wirować po oddzieleniu się od rakiety, przy 20 obrotach na minutę żagiel rozwinie się. Podtrzyma go specjalny kwadratowy szkielet.

Ogniwa słoneczne dostarczą energii elektrycznej niezbędnej do utrzymywania łączności z Ziemią i zasilania testowych urządzeń nawigacyjnych.

Napęd dla cierpliwych

Sunjammer dotrze rakietą na niską orbitę, a dalej poleci samodzielnie. Według założeń podczas tego testowego lotu (nie będzie napędzał żadnego urządzenia) powinien oddalić się od naszej planety na odległość ponad 3 milionów kilometrów.

Popchnie go wiatr słoneczny. Istnienie tego zjawiska przewidział w 1958 r. amerykański astrofizyk Eugene Parker, ale potwierdziły go dopiero obserwacje dokonane przez sondy Voyager wysłane w 1977 r. Okazało się, że wiatr słoneczny wieje także bardzo daleko od gwiazdy, nawet za orbitą Neptuna.

Chwytający go żagiel działa w zasadzie tak samo jak żagiel jachtu. Różnica polega na tym, że na powierzchnię żagla naciska nie powietrze, lecz strumień elektronów i protonów emitowanych z korony słonecznej.

Nacisk wiatru słonecznego jest nikły, oddziałuje on z siłą około 0,01 niutona i słabnie w miarę oddalania się od Słońca. Ale nie sama siła jest decydująca, lecz czas jej oddziaływania. Jeśli celem nie jest rozpędzenie obiektu do dużej prędkości w krótkim czasie, wiatr słoneczny jest bardzo użyteczny. Jego skład jest taki sam jak słonecznej atmosfery. Cząstki wiatru słonecznego wyrzucone w kosmos pędzą z prędkością od 250 do 800 kilometrów na sekundę. Natężenie wiatru i jego prędkość zmieniają się w zależności od aktywności Słońca. To właśnie wiatr słoneczny wywołuje zjawisko zorzy polarnej.

Milowy krok

NASA zamierza sprawdzić efektywność żagla, jak daleko od Słońca może on być wykorzystywany. Ośrodek kontroli lotu będzie testował jego mobilność, łatwość manewrowania, precyzję nawigacji oraz odporność na uszkodzenia.

Jeżeli eksperymentalny lot wypadnie pomyślnie, NASA zamierza przeprowadzić próby z małymi żaglami użytymi do sprzątania przestrzeni wokół naszej planety i kierowania kosmicznych śmieci do atmosfery, aby tam płonęły i unicestwiały się.

– Sunjammer będzie milowym krokiem w konstrukcji tego rodzaju urządzeń. Wreszcie mamy technologię odpowiednią do napędzania pojazdów międzyplanetarnych – powiedział Louis Friedman z Planetary Society, organizacji wspierającej badania Układu Słonecznego.