Forestil dig et solcelledrevet sejl, der kunne drive et rumfartøj gennem rumvakuumet som en vind, der driver et sejl her på Jorden. NASA og andre rumfartsbureauer tager ideen alvorligt og arbejder på forskellige prototeknologier. Edward Montgomory er Technology Area Manager for Solar Sail Propulsion på NASA. De testede lige et sejl på 20 meter (66 fod) på Glenn-forskningscentrets Plum Brook-anlæg i Sandusky, Ohio.
Lyt til interviewet: NASA tester en solsejl (3,7 mb)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Kain - Kan du give mig noget baggrund om solsejl generelt?
Edward Montgomery - Dette er en teknologi, som vores agentur har været interesseret i i nogen tid, men historien går flere hundrede år tilbage til Fredrick Sander ved århundredeskiftet (19. århundrede). I nyere tid har vi fundet, at fremskridt inden for et par særlige områder har gjort det til noget, vi virkelig skal undersøge. De sammensatte materialer, der er kommet ud i de sidste par år, såsom i sportsudstyr, der er lavet af ultra-, lette stænger og filmteknologi, der på nogle måder er relateret til materialebranchen og integrerede kredsløbsfelt for eksempel og maletilsætningsstoffer. Disse felter har gjort det muligt at opbygge strukturer i rummet, der er gossamer-lignende, og vi har aldrig rigtig været i stand til det før et par årtier før (nu), og når du først har fået den slags masse ned virkelig lav, så er det kræver ikke meget for kraft for at få en vis acceleration og god fremdrift ud af det.
Hvordan kan lys give fremdrift til aluminiumsfolie i rummet?
Det er en meget fascinerende egenskab, som lys har; det har ikke rigtig masse, så det kan ikke afvise noget, men faktisk interagerer det med forhindringer; det giver den fart, og dette blev teoretiseret af Einstein, og det er blevet bevist i en række laboratorieeksperimenter.
Hvad er den teknologi, du tester på NASA lige nu?
Vi tager et bestemt solsejlkoncept, der er et kvadratisk sejl; det har 4 bommer der kommer ud og ind imellem er bommene trekantede sejl, og det system er designet til at bære nyttelast, der er relativt beskedne i størrelse: Robotic Science nyttelast. Vi ser på flere missioner til det indre solsystem for at studere solens fysik og hvordan den interagerer med Jorden.
Så du sender dit solsejl ind fra vores position; Jordens bane, tættere på Solen? Lyder lidt bagud for mig.
Tja, som sejlet kan producere er proportional med styrken i sollyset, og når du kommer nærmere Solen, går styrken ved den fremdrift op som kvadratet på afstanden, når du kommer nærmere, så faktisk fungerer det meget mere effektivt tæt på Solen. De missioner, der er planlagt til at se på det ydre solsystem; næsten alle har involveret først at gå til det indre solsystem, der flyver tæt på solen og får et godt løft og derefter går ud. Men de kortsigtede missioner, som vi ser på, er missioner, der svæver; de går ikke rigtig hurtigt. Der er et balancepunkt mellem Jordens tyngdepunkt og Solens tyngdepunkt, der kaldes Lagrange-punktet, og vi har satellitter, der findes der nu. Det kræver ikke nogen særlig fremdrift, men hvis du vil sidde og svæve på et tidspunkt tæt på Solen (for at komme til) det bestemte punkt i rummet, så er du nødt til at have nogle fremdrivningsmuligheder, og vores forskere har en intens interesse ved at ville være på det tidspunkt. Du kan forestille dig, hvordan det kan være et fordelagtigt sted at placere nogle instrumenter mellem Jorden og Solen for at forstå, hvordan denne fysiske egenskab er.
Okay, så jeg forstår; det ville være som om Solen var en fan, og du havde dit sejl, og du lader det skyde ned mod Solen til det punkt, at kraften i Solens energi, der kommer ud af den, er perfekt afbalanceret for at holde solsejlet på det punkt. Det vil ikke gå længere eller gå nærmere.
Højre. Det er korrekt.
Hvilken slags eksperimenter ville du være interesseret i at udføre, hvis du kunne komme så tæt på og være i stand til at holde station?
Jeg er en fremdriftsingeniør, ikke en forsker; de kan gøre et meget bedre stykke arbejde med at forklare, hvad de præcist studerer, men nogle af de instrumenter, de planlægger at sætte på den, måler magnetosfæren, de måler partikler med høj energi, når de går forbi. Af særlig interesse er at mærke koronale masseudsprøjtninger; dette er de store flarehændelser, der sker på Solen, at når de først kommer til Jorden virkelig kan forstyrre vores kommunikation, og de faktisk kan skade og ødelægge følsomt elektronisk udstyr. En sådan opblussen i 1986 forårsagede flere millioner dollars skade i Nordamerika alene, så vi vil være i stand til at forudsige disse begivenheder, når de sker, og hvis vi har nok advarsels tid, kan vi slukke for vores udstyr eller under særlige forhold, holde dem fra at blive såret, så det er vigtigt at vide, hvornår en koronal masseudkast kommer.
Hvad kan fremtiden have for denne teknologi med at kunne udforske det ydre solsystem?
Det er et godt punkt. Som jeg netop nævnte, kan disse koronale masseudsprøjtninger også være meget skadelige for vores astronauter, så NASA ser i den nærmeste fremtid tilbage til Månen og Mars, som der har været meget diskussion om. Vi bliver nødt til at være i stand til at forudsige, hvornår disse begivenheder (koronale masseudsprøjtninger) sker, så vores astronauter kan komme til sikre havner fra disse begivenheder, så vi bliver sandsynligvis nødt til at have disse advarselssatellitter placeret i nærheden af månen og mars og muligvis omkring solsystemet til en advarsel ved at gøre det. (Derefter) til sidst i fremtiden er der en intens interesse i at ønske at forstå strukturen i vores solsystem uden for Plutos bane, især Heliopause, nu er rumfartøjet Voyager lige kommet ind i dette område; der har været nogle interessante resultater tilbage derinde; og der er meget, vi gerne vil vide om i den region af rummet. Lige ud over det er noget, der kaldes Oort Cloud, som angiveligt er det område af rummet, hvor mange af de kometer, som vi ser, lever det meste af deres liv, men sommetider kommer de ind i Solen. Så der er en hel del videnskab, der skal gøres; observering og efterforskning lige uden for solsystemets kanter.
Ville der være noget andet i at opbygge et solsejl, som kunne rejse ud i det ydre solsystem, hvad er det, du arbejder på lige nu?
Det behøver ikke være det. Du kan tage teknologien, som vi forfølger nu for at udføre disse koronale masseudstødningssignaler, og du kunne sende det sejl på en mission. Problemet er, at det vil tage eller mere at komme til disse Oort-skyer og ud i Heliopause. Hvis vi kan bygge et sejl, der er i størrelsesorden eller en tiendedel af vægten for den samme mængde areal; der udfører 10 gange bedre, hvis du vil, så kan vi udføre den samme mission på halve tiden, så for virkelig at begynde at overveje denne mission, vil vi gerne opbygge sejl med højere præstation for virkelig at gøre det og gøre det i vores levetid, hvis du vil.
Hvad er tidsrammen nu fremad med den prototype, du tester og dine fremtidige planer?
Det er noget, der er meget at studere i agenturet lige nu; især er der et rådgivende udvalg for videnskaber, der mødes og bestemmer, hvad deres videnskabelige prioriteringer er, og som vil angive behovsdato for, hvornår sejl skal være klar. Når den kan være klar ..., hvad vi har gjort i de sidste 3 år, der har kulmineret med disse tests på Plumbrook, er at gøre det bedste, vi kan på jorden til at designe og betjene et solsejl i et simuleret rummiljø. Det næste trin er at gå op i rummet, og det bliver et vigtigt skridt. Vi er virkelig nødt til at tage en sejlsejlads og se, hvordan det fungerer i rummet: belastningerne på sejlets struktur er meget, meget mindre, end de er her på jorden. Tyngdekraften lægger en belastning på sejlene 4000 gange højere end hvad Solen vil gøre. Så et rigtigt sandt miljø er i rummet, og vi er nødt til at tage det (sejlet) op for at teste det ud. Det er endnu 3-5 år at gøre den slags ting, og så er den klar til at blive infunderet i en videnskabsmission; 3-5 års nominel planlægnings- og udviklingsfase for rummission Så inden det næste årti forventer jeg bestemt, at et solsejl flyver.
