بادبان های خورشیدی جدید ناسا می‌توانند تاریخ را تغییر دهند

پروژه توسعه بادبان های خورشیدی جدید ناسا با موفقیت وارد فاز سوم شد. سیستم جدید به جای استفاده از انعکاس، عملکرد انکساری داشته و سطح تحمل و کارایی بالاتری دارد.

ناسا از ورود پروژه توسعه بادبان های خورشیدی پراش به مرحله سوم و نهایی برنامه پیشرفته این آژانس خبر داده است. تیم پشتیبان پروژه اکنون دو سال فرصت دارد تا این وسیله نامتعارف و پیشران فضایی را تکمیل کند.

پروژه بادبان های نوری پراش به رهبری امبر دوبیل از آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز، علاوه بر تمدید دو ساله، 2 میلیون دلار دیگر برای تکمیل و توسعه دریافت کرد. بودجه فاز سوم از طریق برنامه مفاهیم پیشرفته نوآورانه (NIAC) آژانس فضایی اعطا شد. با تمدید وقت و بودجه، دوبیل و همکارانش اکنون بر روی یک ماموریت نمایشی تمرکز کرده‌اند.

بیل نلسون، مدیر ناسا در بیانیه‌ای گفت:

از آنجایی‌که بیش از هر زمان دیگری در حال سفر به کیهان هستیم، به فناوری‌های نوآورانه و پیشرفته برای هدایت ماموریت‌هایمان نیاز داریم. برنامه مفاهیم پیشرفته نوآورانه ناسا به باز کردن ایده‌های رویایی مانند بادبان های خورشیدی جدید کمک کرده و آنها را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند.

پروژه بادبان های خورشیدی انکساری ناسا در سال 2019 فاز دوم NIAC را تکمیل کرد. گروور سوارتزلندر، مهندس موسسه فناوری روچستر، دو فاز اولیه را رهبری کرد و اکنون نیز به عنوان محقق مشترک به فعالیت خود ادامه خواهد داد.

وی درباره پروژه بادبان های خورشیدی جدید ناسا گفت:

من از پیوستن به گروه خلاقی که اعضای NIAC را تشکیل می‌دهند، بسیار هیجان‌زده هستم. من در واقع از سال 2017 در برنامه‌هایی با ظرفیت‌های مختلف شرکت داشتم، اما اینکه بتوانم رهبری آن را برعهده بگیرم افتخاری است که فقط می‌توانستم آرزویش را داشته باشم. من سال‌ها توسط همکارانم راهنمایی شده‌ام و آنها به من اعتماد کردند تا در این مورد هدایت تیم را برعهده داشته باشم و به توسعه چنین پروژه‌ای در موسسه که مشوق این نوع فناوری است، ادامه دهم.

بادبان های خورشیدی با استفاده از نور خورشید برای به حرکت درآوردن وسایل نقلیه فضایی کار می‌کنند و در واقع عملکردی مشابه با باد را که برای هل دادن قایق‌های بادبانی در امتداد آب کاربرد دارد، انجام می‌دهند.

به جای استفاده از بادبان‌‌های انعکاسی مانند آنچه توسط انجمن سیاره‌ای ساخته شده است، سیستم پیشنهادی از بادبان‌های انکساری استفاده می‌کند. یک ویژگی مطلوب پراش این است که باعث می‌شود نور هنگام عبور از یک روزنه کوچک پخش شود.

توضیح مفهوم بادبان های خورشیدی جدید ناسا

در ادامه با توصیف مفهوم ارائه شده توسط سوئیتزلندر آشنا می‌شنویم:

ما عصر جدیدی از سفرهای فضایی را آغاز می‌کنیم که از فشار تابش خورشیدی بر روی غشای بادبان‌های بزرگ و نازک استفاده می‌کند. ایده مرسوم در 100 سال گذشته استفاده از بادبان بازتابنده مانند پوشش فلزی روی یک پلیمر نازک به وسیله باز کردن آن در فضا بوده، اما می‌توانیم نیرویی بر اساس قانون پراش نیز دریافت کنیم. در مقایسه با بادبان انعکاسی، ما فکر می‌کنیم که بادبان پراش می‌تواند کارآمدتر باشد و گرمای خورشید را بهتر تحمل کند. این بادبان‌ها شفاف هستند، بنابراین گرمای زیادی را از خورشید جذب نمی‌کنند و مانند سطح فلزی، مشکل مدیریت گرما نخواهیم داشت.

کاستی‌های طراحی انعکاسی معمولی شامل بادبان های بزرگ و نازک است. آنها هم‌چنین توسط جهت نور خورشید نیز محدود می‌شوند. در مقام مقایسه، بادبان های نوری پراش، از رنده‌های کوچک روی مواد بادبان استفاده می‌کنند تا نور را در همه جهات پراکنده کنند. همان‌طور که ناسا می‌گوید، این امر به فضاپیماها اجازه می‌دهد تا از نور خورشید بدون به خطرانداختن قدرت مانور، استفاده موثرتری داشته باشند.

طرح پیشنهادی دوبیل می‌تواند بادبان های کوچک‌تر و چابک‌تری را ایجاد کند. هم‌چنین، به عنوان یک اثر جانبی سرگرم‌کننده، بادبان‌ها دارای طرح رنگین‌کمان هستند که مانند سی‌دی در هنگام نگه داشتن در نور به نظر می‌رسند.

در فاز‌های 1 و 2 پروژه بادبان های خورشیدی جدید ناسا، این تیم مواد مختلف بادبان پراش را طراحی، ایجاد و آزمایش کرد. آنها هم‌چنین آزمایش‌هایی را انجام دادند که در توسعه طرح‌های ناوبری و کنترلی برای یک ماموریت خورشیدی در آینده گره‌گشا بوده است. در واقع، بادبان‌های پراش می‌توانند مجموعه‌ای از ماهواره‌ها را در مدار اطراف مناطق قطبی خورشید فعال کنند. بدین ترتیب، ماهواره‌های خورشیدی با قرارگیری سریع بر روی قطب شمال و جنوب خورشید، به‌وسیله یک منبع پیشران دائمی، مشاهدات علمی بی‌سابقه‌ای را انجام خواهند داد.

دوبیل در بیانیه ناسا افزود:

بادبان پراش خورشیدی برداشتی مدرن از دیدگاه قدیمی بادبان‌های نوری است. اگرچه این فناوری می‌تواند بسیاری از معماری‌های ماموریتی را بهبود بخشد، اما فراتر از آن، قادر است بر نیاز جامعه هلیوفیزیک به قابلیت‌های منحصر به فرد رصد خورشیدی تاثیر بگذارد.

دوبیل برای توسعه پروژه بادبان های خورشیدی جدید طی دو سال آینده، دو هدف را در سر دارد که شامل توسعه بادبان پراش و هم‌چنین توسعه ماموریت صورت فلکی مدارگرد قطبی خورشیدی با استفاده از کشتی فضایی بادبانی پراش است.

دوبیل در ادامه گفت:

ما قصد داریم نمونه‌هایی از مواد بادبان پراش را طراحی، بهینه‌سازی و تولید کنیم و قصد داریم آنها را با آزمایش نوری و قرار دادن در معرض آزمایش‌های محیطی فشاری مشخص کنیم. به موازات آن، ما می‌خواهیم چشم‌انداز ماموریت یک کشتی فضایی بادبانی مدارگرد قطبی خورشیدی را با ایجاد مسیرهای بهینه و کنترل نگرش بادبان برای دستیابی به مشاهدات خورشیدی یک مجموعه‌ محموله‌ که توسط هلیوفیزیکدانان ما دیکته شده است، توسعه دهیم.

اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، این مفهوم می‌تواند منجر به یک ماموریت واقعی فضایی و ماهواره‌های خورشیدی احتمالی شود.

دوبیل در پایان افزود:

از طریق گسترش طراحی بادبان انکساری و توسعه مفهوم کلی کشتی بادبانی، هدف این است که زمینه را برای یک ماموریت نمایشی با استفاده از فناوری بادبان نوری پراش در آینده فراهم کنیم.