Artikel ini pada asalnya diterbitkan di Supercluster, sebuah laman web yang didedikasikan untuk menceritakan kisah ruang angkasa luar manusia yang terbesar.
Carl Sagan bermimpi menavigasi sistem solar pada layar yang ditekan oleh hantu sinar matahari, mengalir keluar dari bintang tuan rumah kami.
Sekarang, Persatuan Planetarium yang dipimpin oleh Ketua Pegawai Eksekutif Bill Nye "The Science Guy, " bertujuan untuk membantu menjadikan impian ini menjadi realiti dengan satelit yang tidak lebih besar daripada shoebox. Ini "layar solar, " yang telah diuji hanya beberapa kali, mungkin satu hari membawa kapal angkasa ke planet lain, atau mungkin juga sistem bintang lain.
Fasa seterusnya pelayaran solar dilancarkan pada 24 Jun, apabila roket SpaceX Falcon Heavy mengangkat pad pelancaran di Pusat Angkasa Kennedy Space Florida. Terletak di dalam kerucut hidungnya yang besar, di antara dua dozen satelit lain, duduk sebuah kapal angkasa kecil: sebuah peranti bersaiz roti yang direka untuk menggerakkan dirinya dengan layar gosam yang memanfaatkan tekanan cahaya matahari.
Kraf yang digelar LightSail 2, boleh menjadi permulaan era baru spaceflight-yang di mana pesawat ruang angkasa melepaskan enjin roket yang telah mereka harapkan selama beberapa dekad dan dengan elegan berlayar di atas angin cahaya matahari. Kira-kira tujuh hari selepas pelancaran, LightSail 2 akan keluar dari bekasnya, memperluaskan empat bouncing 13 kaki dan menggunakan empat helai helaian Mylar yang secara kolektif membentuk belayar berbentuk kaki 340 kaki persegi. Bahagian seterusnya adalah sihir kosmik murni.
Menurut Society Planetary, LightSail 2 akan menjadi kraf pertama untuk menavigasi dengan ketat oleh cahaya semasa di orbit bumi. LightSail kemudiannya akan bergerak seperti perahu layar untuk menaikkan ketinggiannya, yang akan menjadikannya perbezaan kapal angkasa yang pertama untuk berlayar ke orbit yang lebih tinggi di sekeliling planet kita. Pelancaran angkasa ini mungkin satu langkah lagi ke arah impian Carl Sagan untuk melintasi kosmos di atas layar reflektif yang digerakkan oleh rasuk cahaya.
**********
Jika anda memegang tangan anda ke matahari, apa yang anda rasa? Haba. Tetapi tersembunyi di antara kehangatan adalah tekanan sehingga seminit anda tidak akan menyedarinya. Cahaya itu sendiri menimbulkan daya, seperti angin berangin, tetapi ia sangat halus yang tidak akan anda perhatikan. Di Bumi ia hampir bersamaan dengan klip kertas yang terletak di tangan anda.
Tetapi di ruang hamparan hampir, walaupun tekanan seminit seperti itu boleh memberi kesan utama apabila ia menolak sepanjang masa, jam demi hari, setiap hari. Dan tidak seperti bahan bakar roket, ada bekalan cahaya matahari yang tidak terbatas dan praktikal. Sekiranya kita dapat memanfaatkan kuasa ini, kita boleh menggunakannya; semua yang kita perlukan adalah layar. Seperti kapal pelaut yang lama, kapal angkasa masa depan (dan pengembara ruang angkasa) boleh mendorong diri mereka ke dalam luas kosmik yang luas dengan bantuan matahari-atau sekurang-kurangnya itulah cara Sagan membayangkannya.
Rangkaian pesawat ulang-alik melepaskan belayar ringan dari teluk kargonya. (JPL) Sagan mempunyai visi besar untuk masa depan penerokaan ruang angkasa, membayangkan bahawa pelaut astro akan mengambil bahagian dalam regattas intergalaktik, berlumba angkasa mereka melalui alam semesta dengan memanfaatkan kuasa cahaya bintang. Tetapi dia bukan yang pertama untuk membayangkan kemanusiaan berlayar dengan cahaya.
Empat abad yang lalu, sebuah komet berbaris melintasi langit, menangkap perhatian astronomi Jerman Johannes Kepler. Dia menyedari bahawa ekor komet seolah-olah tersebar di belakangnya. Cahaya matahari, dia fikir, mesti memanaskan komet dan bahan bebas dari permukaannya. Pemerhatian cerdik ini memancarkan Kepler untuk memikirkan sinaran matahari mungkin merupakan bentuk penggerak yang berguna.
"Menyediakan kapal atau layar yang disesuaikan dengan angin surgawi, dan ada juga yang akan berani walaupun itu tidak sah, " tulisnya kepada Galileo pada tahun 1608.
Kepler tinggal di tengah-tengah kebangkitan saintifik, semasa zaman dimana manusia mula menyedari tempatnya di alam semesta. Bumi bukanlah pusat sistem suria, tetapi sebenarnya salah satu daripada banyak planet yang mengarahkan salah satu daripada banyak bintang. Oleh kerana kapal - bentuk perjalanan yang biasa pada masa itu - didorong oleh angin, nampaknya semulajadi bahawa Kepler akan membayangkan orang-orang yang berlayar melalui angkasa dengan cara yang sama mariners mengemudi lautan.
Tetapi akan berabad-abad untuk impian Kepler menjadi kenyataan.
Pada tahun 1865, James Clerk Maxwell menunjukkan kepada dunia bahawa cahaya mengandungi paket tenaga yang dipanggil foton, dan foton mempunyai momentum yang boleh dipindahkan ke objek lain. Sekiranya foton bersentuhan dengan objek seperti pelayaran solar yang berkilat, ia akan memindahkan beberapa tenaga dan menolak belayar ke hadapan.
Reka bentuk bentuk pelayaran ringan. (Raquel Scoggin / Supercluster) Dengan kemajuan dalam rocketry selepas Perang Dunia II, dan dengan pelancaran Sputnik pada tahun 1957, idea untuk meneroka kosmos tiba-tiba beralih dari fiksyen sains ke realiti, dan berlayar solar sekali lagi seolah-olah seperti bentuk menarik penggerak.
Tidak lama selepas penubuhannya, NASA mula merancang misi ruang ambisius, termasuk membiayai beberapa kajian solar. Pada tahun 1970-an, pelan telah ditangkap untuk bertemu dengan komet-komet yang sama yang diketahu oleh Kepler di langit berabad-abad yang lalu. Kapal angkasa ini akan dilengkapi dengan pelayaran solar, menggunakan tenaga matahari untuk membuat perjalanannya. Malangnya, pelan itu telah dibuang sebelum ia boleh sampai ke pelancaran, tetapi idea pelayaran solar akan hidup.
Lou Freedman, seorang jurutera NASA yang bekerja pada misi sekarang yang tidak berfungsi, masih yakin bahawa pelayaran solar adalah satu bentuk pendorong yang boleh dipertahankan. Beliau (bersama-sama dengan Carl Sagan dan Bruce Murray, bekas ketua Makmal Jet Propulsion NASA) membentuk Persatuan Planet pada tahun 1980 dalam sebahagian besar untuk menjadikan pelayaran solar menjadi kenyataan.
"Suria pelayaran secara umum telah ditenun ke dalam DNA Society Planetary sejak sebelum kita ditubuhkan, " Jennifer Vaughn, ketua pegawai operasi masyarakat memberitahu Supercluster . "Ketiga pengasas kami mempunyai tangan di peringkat awal pelayaran solar."
**********
Memikirkan bagaimana membina sebuah pelayaran suria yang sangat ringan dan ringan dan kemudian melancarkannya ke ruang angkasa akan menjadi cabaran utama. Tetapi kumpulan itu bertahan, dan perjamuan pertama masyarakat ke pelayaran solar akhirnya melanda pad pelancaran pada tahun 2005 dalam bentuk kapal angkasa yang dipanggil Cosmos 1. Malangnya satelit yang tidak akan membuatnya ke orbit, runtuh berhampiran Rusia di Barents Sea. Sepuluh tahun lagi akan berlalu sebelum Persatuan Planet mencapai kejayaan solar pertama yang mereka lalui.
Rajah pelayaran matahari. (JPL) Pengurus misi kembali ke papan lukisan dan memutuskan untuk berfikir lebih kecil untuk percubaan seterusnya mereka. Cubesats-yang berukuran seberat roti-telah pecah ke tempat kejadian spaceflight, menyediakan alternatif yang lebih murah kepada satelit tradisional dan besar.
Menurut Bill Nye, kedatangan CubeSats sebenarnya membawa kepada reka bentuk belayar persegi semasa. "Pelayaran persegi ternyata menjadi titik permulaan yang bagus dan reka bentuk yang bagus, " kata Nye kepada Supercluster.
Kerangka yang dihasilkan, yang digelar LightSail 1, adalah versi berskala kecil Cosmos 1. Ini satelit mini bersaiz shoebox yang dilancarkan pada tahun 2015, menyandarkan perjalanan pada roket Atlas V dan terbang ke orbit bersama dengan pesawat ruang angkasa X-37B klandestin Angkatan Udara .
Sekali dalam orbit, LightSail 1 membuktikan ia dapat berjaya menyebarkan pelayarannya dalam ruang kosong. Tetapi satelit kecil menghadapi pelbagai masalah termasuk gangguan perisian, kehilangan isyarat dan isu bateri sepanjang perjalanan misinya. Selepas masa yang huru-hara di orbit bumi rendah, kraf kecil yang digunakan adalah nama: empat lumpur mylar berkilat, membuktikan anda boleh menyesuaikan pelayaran cahaya penuh dalam pakej kecil.
Walaupun terdapat kemunduran, sebagai demonstrasi teknologi, LightSail 1 berjaya. Untuk meraikan, ia menyerlahkan kembali selfie muktamad. Tetapi ia juga membuat orang melihat ke atas, cuba melihat kraf ketika ia melonjak di atas Bumi. Nye juga dapat melihat satelit kecil yang bergemerlapan pada malam itu kerana ia melewati langit yang tercemar di New York City.
Dengan zarah yang sangat sedikit untuk memperlahankan pelayaran ringan dengan seret, ia boleh mempercepatkan kapal angkasa ke kelajuan yang sangat tinggi dari semasa ke semasa. (Raquel Scoggin / Supercluster) Untuk mencapai matlamat ini adalah pencapaian yang besar untuk Persatuan Planetarium, yang bukan keuntungan yang ditubuhkan untuk membantu sains dan penerokaan ruang angkasa lepas. "Space membawa yang terbaik dalam diri kita, " kata Bill Nye. "Ia merayu kepada semua orang dan semua negara."
Lebih daripada 40, 000 ahli Persatuan Planetary telah menyokong misi ini (dan pembangunan pelayaran solar), mendermakan dari $ 5 hingga lebih daripada $ 1 juta untuk membiayai organisasi.
"Sangat jarang orang mendapat peluang untuk mengambil bahagian dalam peringkat pertama teknologi pendorong kapal angkasa baru, " kata Bruce Betts, pengurus misi LightSail. "Tidak ramai. Menjadi pada fasa awal, langkah pertama pelayaran solar, adalah satu penghormatan. "
**********
Selama bertahun-tahun, sementara Persatuan Planet telah membina kapal layar mereka, yang lain di seluruh dunia telah berlayar juga.
Misi ujian 2015 yang dipanggil CubeSail, yang dibina oleh Pusat Angkasa Surrey di UK, dilancarkan tetapi gagal digunakan dengan betul. Tiga misi belayar kecil lain-NASA's NanoSail-D, CanX-7 Kanada dan InflateSail Surrey-memang mempunyai beberapa kejayaan, tetapi seperti LightSail 1, misi mereka terbatas pada orbit bumi rendah.
Rajah pelayaran matahari. (JPL) Jepun telah mencapai kejayaan yang paling banyak dengan berlayar solar setakat ini, kerana Kplan-Kite Antariksa yang Dipercepatkan oleh Radiasi Matahari (IKAROS) dilancarkan ke orbit mengelilingi matahari pada tahun 2010. Sekali dalam ruang yang mendalam, ia berputar terbuka lebar 46 kaki belayar persegi dan, buat kali pertama dalam sejarah, mula memandu dan mengubah kelajuannya dengan kuasa cahaya matahari.
Kapal angkasa juga mempunyai sel suria yang tertanam dalam pelayaran berbentuk layang untuk menghasilkan tenaga elektrik. Sel-sel tidak dijangka menghasilkan banyak kuasa semasa penerbangan tetapi sebaliknya membantu menjadi tempat ujian untuk enjin pendorong ion masa depan.
IKAROS menghabiskan tiga tahun akan datang mengukur percepatannya akibat tekanan cahaya. Ia juga menguji pelbagai cara untuk mengawal usulnya menggunakan kristal cecair (menyerupai paparan elektronik LCD) yang tertanam dalam belayar yang boleh menyesuaikan pemantulan kraf dan mengubah kelajuannya. Elektrik yang mengalir melalui panel meningkatkan pemantulan, membolehkan kapal angkasa untuk mempercepatkan ke hadapan, sementara mengalirkan aliran keluar membuat tekanan cahaya matahari lebih meresap.
Para pegawai angkasa Jepun mengatakan bahawa IKAROS dapat menyesuaikan kedua-dua kursus dan orientasinya sebelum misi dirancang pada 2015. Hubungan dengan IKAROS telah hilang, tetapi penjejakan selanjutnya menunjukkan bahawa berlayar solar terus mengelilingi matahari antara Bumi dan Venus, dan bentuk orbitnya terus berubah akibat perubahan tekanan cahaya.
Tetapi bersama-sama dengan kejayaannya, data IKAROS menunjukkan bahawa kita masih jauh untuk pergi sebelum kita menyedari potensi penuh pelayaran solar. Society Planetary berharap bahawa jika semua berjalan menurut rencana, LightSail 2 akan membantu menjadikan layar solar menjadi kaedah yang boleh dipercayai, murah, dan sifar propelan yang terbang melalui ruang angkasa.
Dari sana, kemungkinan hampir tidak terbatas. Dengan pelayaran ringan, sebuah kapal angkasa boleh pergi ke bulan, ke asteroid, ke Jupiter-di mana-mana angin pukulan cahaya, tidak menggunakan bahan api sama sekali.
