Solar Sail แนวคิดง่ายๆ ที่จะช่วยให้เราไปถึงดวงดาวได้ อนาคตวิทยา: อนาคตวิทยา

เรือใบสุริยะปรากฏตัวครั้งแรกบนหน้านิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง “The Extraordinary Adventures of a Russian Scientist” (1888−1896) โดย Georges le Fort และ Henri de Graffigny ก่อนที่ Pyotr Nikolaevich Lebedev จะพิสูจน์ความจริงของแรงดันแสงที่ทำนายไว้ด้วยซ้ำ โดยแม็กซ์เวลล์. ความคิดของเรือยอทช์พลังงานแสงอาทิตย์ถูกหยิบขึ้นมาโดยนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Boris Krasnogorsky หนังสือ "On the Waves of the Ether" (1913) ตามมาด้วย "Islands of the Ethereal Ocean" (1914) ซึ่งเขียนร่วมกับนักประวัติศาสตร์ดาราศาสตร์ Daniil Svyatsky ในช่วงกลางทศวรรษ 1920 Tsiolkovsky และ Friedrich Zander ส่งเสริมการแล่นเรือสุริยะ

ในปี 1951 วิศวกรชาวอเมริกัน Carl Wiley ตีพิมพ์บทความเรื่อง "Space Clippers" ในนิตยสารวรรณกรรม Astounding Science Fiction ซึ่งมีการพูดคุยถึงความเป็นไปได้ของการเดินทางระหว่างดาวเคราะห์ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์อย่างจริงจัง เจ็ดปีต่อมา Richard Garvin นักฟิสิกส์ของ IBM และ Ted Cotter พนักงานห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos ได้ตีพิมพ์เอกสารทางเทคนิคฉบับแรกเกี่ยวกับใบเรือสุริยะ (โดยทางนั้น Garvin เป็นผู้บัญญัติคำว่าการแล่นเรือใบด้วยแสงอาทิตย์) ในทศวรรษ 1960 วีรบุรุษของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ชื่อดังอย่าง Cordwainer Smith, Pierre Boulle และ Arthur Clarke เดินทางบนเรือใบในอวกาศ

จากทฤษฎีสู่การปฏิบัติ

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ใบเรือสุริยะได้เริ่มเปลี่ยนจากแนวคิดที่สวยงามแต่เป็นเพียงทฤษฎีล้วนๆ ให้กลายเป็นความจริง จนถึงตอนนี้ เรากำลังพูดถึงการทดลองที่ค่อนข้างเรียบง่ายกับการติดตั้งใบเรือสุริยะในวงโคจรโลกต่ำ (การนำใบเรือไปใช้งานและการบำรุงรักษาให้อยู่ในสภาพใช้งานเป็นหนึ่งในปัญหาหลักของแนวคิดนี้) การทดลองครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1993 เมื่อมีการติดตั้งกระจกฟิล์มบางยาว 2 เมตรบนเรือบรรทุกสินค้า Progress M-15 ของรัสเซีย ในปี พ.ศ. 2544 คอสมอส 1 ซึ่งถูกส่งขึ้นสู่อวกาศด้วยเงินทุนจาก American Planetary Society จะต้องเคลื่อนเข้าสู่วงโคจรเป็นครั้งแรกโดยใช้ใบเรือยาว 15 เมตรที่ทำจากไมลาร์เคลือบโลหะ น่าเสียดายที่สิ่งนี้ถูกป้องกันด้วยความผิดปกติในขั้นตอนหนึ่งของยานปล่อย Volna ดังนั้นดาวเทียมจึงไม่สามารถขึ้นสู่วงโคจรได้ ในปี พ.ศ. 2547 ญี่ปุ่นได้เข้าร่วมการวิจัย โดยมีการทดสอบการออกแบบใบเรือสุริยะสองแบบที่แตกต่างกันระหว่างการบินใต้วงโคจรของจรวด S-310 อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความก้าวหน้าเหล่านี้ การทดลองยังอีกยาวไกลจากยานอวกาศเดินเรือขนาดเต็ม

ใบเรือสนาม

เมื่อผู้คนพูดถึงใบเรือสุริยะจักรวาล พวกเขามักจะหมายถึงกระจกน้ำหนักเบาที่สะท้อนแสง ซึ่งจะช่วยเร่งยานพาหนะบรรทุก มันสามารถแข็งและยืดหยุ่นได้อยู่กับที่และถอดออกได้ แต่ใบเรือสุริยะยังสามารถเรียกได้ว่าเป็นอุปกรณ์ที่ไม่ส่องแสง แต่เป็นลมสุริยะซึ่งเป็นกระแสของอนุภาคที่มีประจุเร็ว (ส่วนใหญ่เป็นโปรตอน ฮีเลียมไอออน และอิเล็กตรอน) ที่ออกจากชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ ความเป็นไปได้นี้ถูกกล่าวถึงครั้งแรกเมื่อ 400 ปีที่แล้วในจดหมายจากเคปเลอร์ถึงกาลิเลโอ เคปเลอร์สังเกตว่าหางของดาวหางมักจะหันออกจากดวงอาทิตย์เสมอ เขาแนะนำว่าพวกเขากำลังถูกพัดพาไปโดย "สายลมจักรวาล" และทำนายลักษณะของเรือบนท้องฟ้าที่ติดตั้งใบเรือซึ่งพองตัวด้วยลมนี้

เรือใบไฟฟ้า

ในปี 2004 Pekka Janhunen พนักงานของสถาบันอุตุนิยมวิทยาแห่งฟินแลนด์ ได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับเรือใบไฟฟ้า อนุภาคพลาสมาของแสงอาทิตย์ถูกเบี่ยงเบนโดยเครือข่ายตัวนำที่มีพื้นที่หลายร้อยกิโลเมตรซึ่งได้รับพลังงานเชิงบวกจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของเรือ เครือข่ายดังกล่าวจะสะท้อนอนุภาคขนาดใหญ่ของลมสุริยะนั่นคือโปรตอนและไอออนซึ่งมีประจุบวกด้วย (ในกรณีนี้อิเล็กตรอนของแสงอาทิตย์จะต้องถูกปฏิเสธไม่ทางใดก็ทางหนึ่งมิฉะนั้นพวกมันจะทำให้สนามไฟฟ้าของใบเป็นกลาง ). เพื่อให้มั่นใจถึงแรงส่งที่เหมาะสม ลูกเรือจะตรวจสอบความเร็วและความหนาแน่นของลมสุริยะ และปรับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับใบเรือ จากข้อมูลของ Janhunen ใบเรือดังกล่าวจะสามารถเร่งยานอวกาศให้มีความเร็วประมาณ 100 กม./วินาที

ปัญหาของยานอวกาศที่มีใบเรือสุริยะออกจากขอบเขตอิทธิพลของโลกได้รับการพิจารณาในมาตรา 10 ของบทที่ 5. การควบคุมใบเรือนอกขอบเขตอิทธิพลของโลกนั้นง่ายกว่า หากคุณบังคับใบเรือให้หมุนเพื่อให้รังสีดวงอาทิตย์ตั้งฉากกับพื้นผิวของมันเสมอ ยานอวกาศจะ "จมอยู่ในสนามโน้มถ่วงที่อ่อนลง" และจะเริ่มเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรรูปวงรี พาราโบลา หรือไฮเปอร์โบลิก

ข้าว. 131. รูปแบบการบินด้วยใบเรือสุริยะ: ก) ไปยังดาวเคราะห์ชั้นนอก; 6) สู่ดาวเคราะห์ชั้นใน ลูกศรเป็นพาหะของแรงดึง

การคำนวณแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ที่มีน้ำหนัก 0.5 ตันสามารถไปถึงดาวอังคารตามวิถีกึ่งวงรีภายใน 286 วันซึ่งมีใบเรือที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางทำจากฟิล์มที่มีความหนาแน่นของพื้นผิว การแล่นเรือดังกล่าวจะให้ความเร่งในวงโคจรของโลกซึ่งเท่ากับความเร่งของแรงโน้มถ่วงดวงอาทิตย์โดยประมาณ ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของใบเรือ เรือมวลมากจึงสามารถออกจากระบบสุริยะได้

แต่​เป็น​ประโยชน์​ที่​สุด​ถ้า​หัน​ใบ​เรือ​โดย​ให้​แสง​อาทิตย์ “พัด​ไป​เกือบ​ท้าย​เรือ” ขณะ​ที่​เรือ​เคลื่อน​ไป​รอบ​ดวง​อาทิตย์. ในกรณีนี้รังสีดวงอาทิตย์จะตกกระทบใบเรือในแนวเฉียง (ซึ่งจะช่วยลดแรงกดดัน) แต่แรงขับของใบเรือจะพุ่งไปเกือบในทิศทางการเคลื่อนที่ เรือจะเริ่มเคลื่อนตัวออกห่างจากดวงอาทิตย์เป็นเกลียว (รูปที่ 131, c)

เมื่อมองแวบแรกอาจดูเหมือนว่าใบเรือสุริยะไม่อนุญาตให้คุณเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น โดยการวางตำแหน่งใบเรือเพื่อให้แรงกดดันจากแสงแดดช้าลง

การเคลื่อนที่ของเรือ เราจะทำให้มันเคลื่อนที่เป็นเกลียวเข้าสู่ระบบดาวเคราะห์ของเรา นั่นคือ ไปสู่วงโคจรของดาวศุกร์และดาวพุธ (รูปที่ 131, b)

เมื่อไปถึงพื้นที่ของดาวเคราะห์ปลายทางแล้ว ยานพาหนะที่มีใบเรือสุริยะสามารถบินผ่านโลกได้ แต่ยังสามารถทำการซ้อมรบที่ซับซ้อนได้ตลอดระยะเวลาหลายสัปดาห์ โดยคำนึงถึงการมีอยู่ของพื้นที่เงาในอวกาศใกล้ ๆ เพื่อที่จะลงมาสู่ดาวเคราะห์และเข้าสู่วงโคจรของดาวเทียมเทียมของมัน

หากใบเรือถูกควบคุมในลักษณะที่รังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบกับมันในมุมคงที่ (การควบคุมนี้เป็นเรื่องง่ายในความคิด แต่ไม่เหมาะสม) การเคลื่อนไหวของยานอวกาศนอกขอบเขตอิทธิพลของโลกจะเกิดขึ้นใน เกลียวลอการิทึมที่เรียกว่า โปรแกรมควบคุมดังกล่าวสอดคล้องกับวิถีที่แสดงไว้ในรูปที่ 1 131 (เกลียวลอการิทึมตัดวงโคจรวงกลมทั้งหมดที่มุมเท่ากัน) เที่ยวบินดังกล่าวควรทำกำไรได้ในแง่ของระยะเวลา เส้นผ่านศูนย์กลางของใบเรือที่อธิบายไว้ข้างต้น ด้วยการวางแนวที่คงที่อย่างเหมาะสมสัมพันธ์กับรังสีดวงอาทิตย์ จะส่งน้ำหนักบรรทุกไปยังดาวอังคารได้ภายใน 247 วัน โปรดทราบว่าการบินแบบพัลส์ Hohmann ต้องใช้เวลา 259 วัน (ดูตารางที่ 6)

อย่างไรก็ตาม น่าเสียดายที่เรื่องนี้ซับซ้อนกว่าที่คิด เกลียวลอการิทึมจะตัดกับวงโคจรของโลก (เช่นเดียวกับวงโคจรอื่นๆ) ที่มุมหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ในกรณีข้างต้นของเที่ยวบินรายวัน มุมนี้ควรเป็น 8.5° สำหรับทิศทางที่สอดคล้องกันของความเร็วเฮลิโอเซนตริกของการออกจากทรงกลมที่มีอิทธิพลของโลก ความเร็วทางออกเชิงภูมิศาสตร์เป็นศูนย์กลางควรเท่ากับ 4.4 กม./วินาที ตามการคำนวณอย่างง่าย แต่ยานพาหนะที่มีใบเรือสุริยะซึ่งปล่อยจากวงโคจรใกล้โลกสามารถไปถึงขอบเขตอิทธิพลของโลกด้วยความเร็วขนาดนั้นได้หรือไม่? เรื่องนี้น่าสงสัย เป็นไปได้มากว่าจะต้องเพิ่มความเร็วนี้โดยใช้เครื่องยนต์เคมี แต่การเพิ่มความเร็วนี้ไปในทิศทางที่ถูกต้องและไปถึงดาวอังคารในเวลาที่สั้นกว่านั้นง่ายกว่ามาก ด้วยเหตุผลเดียวกัน จำเป็นต้องมีแรงกระตุ้นในการเบรกเพิ่มเติมเมื่อไปถึงดาวเคราะห์ปลายทาง เพื่อให้สามารถเข้าสู่วงโคจรของดาวเทียมเทียมได้

อย่างไรก็ตาม ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าการบินจากวงโคจรของโลกไปยังวงโคจรของดาวเคราะห์ดวงอื่นโดยใช้ใบเรือสุริยะนั้นเป็นไปได้ (ด้วยโปรแกรมบางอย่างสำหรับการเปลี่ยนความเอียงของใบเรือ) ไปตามวิถีโคจรที่ไม่ตัดกัน แต่สัมผัสเฉพาะวงโคจรของ โลกและดาวเคราะห์ปลายทาง และความเร็วเฮลิโอเซนตริกเริ่มต้นและสุดท้ายจะเท่ากับความเร็ววงโคจรของโลกและดาวเคราะห์ต่างๆ แต่น่าเสียดายที่

ระยะเวลาการบินจะนานขึ้นมาก ตัวอย่างเช่น ด้วยใบเรือที่อธิบายไว้ข้างต้นด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางที่สร้างภายใต้ภาระหากรังสีของดวงอาทิตย์ตกกระทบในแนวตั้งที่ระยะ 1 a จากดวงอาทิตย์ ความเร่งจากวงโคจรของโลกไปยังวงโคจรของดาวอังคารจะใช้เวลา 405 วัน แม้ว่าความเร่งจะเพิ่มขึ้นสองเท่า (ซึ่งเส้นผ่านศูนย์กลางใบเรือจะต้องอยู่ที่ประมาณ 500 ม.) ด้วยน้ำหนักที่เท่ากัน การบินไปยังดาวอังคารจะใช้เวลา 322 วัน ไปยังดาวศุกร์ - 164 วัน ไปยังดาวพุธ - 0.53 ปี ถึง ดาวพฤหัสบดี - 6 ,6 ปี ถึงดาวเสาร์ - 17 ปี ถึงดาวยูเรนัส - 49 ปี ถึงดาวเนปจูน - 96 ปี ถึงดาวพลูโต - 145 ปี

ข้อมูลล่าสุดเกี่ยวกับระยะเวลาของเที่ยวบินที่มีการแล่นเรือสุริยะจากวงโคจรใกล้โลกไปยังวงโคจรใกล้ดาวเคราะห์นั้นไม่น่าสนับสนุนมากนัก! อย่างไรก็ตาม ควรระลึกไว้เสมอว่าเที่ยวบินที่ไม่ได้มุ่งหมายที่จะลงสู่วงโคจรของดาวเทียมเทียมของดาวเคราะห์ที่กำลังศึกษาอยู่ แต่จำกัดอยู่เพียงการบินผ่านโลกเท่านั้น จะแตกต่างเล็กน้อยจากการบินตามแนวเกลียวลอการิทึม สุดท้ายนี้ การเพิ่มพื้นที่ใบเรือจะช่วยลดระยะเวลาการบิน แม้ว่าการจัดการแผ่นฟิล์มบางขนาดใหญ่จะทำให้เกิดความท้าทายทางเทคนิคที่ยากลำบากก็ตาม

ใบเรือสุริยะเป็นวิธีการขับเคลื่อนยานอวกาศโดยใช้แรงดันก๊าซแสงและความเร็วสูง (หรือที่เรียกว่าแรงดันสุริยะ) ที่ปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์ มาดูอุปกรณ์ของมันกันดีกว่า

การใช้ใบเรือทำให้สามารถเดินทางในอวกาศได้ในราคาที่ไม่แพงบวกกับอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น เนื่องจากขาดชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้จำนวนมาก เช่นเดียวกับความจำเป็นในการใช้จรวด เรือดังกล่าวจึงอาจสามารถนำมาใช้ซ้ำเพื่อบรรทุกน้ำหนักบรรทุกได้ บางครั้งก็ใช้ชื่อเรือใบแสงหรือโฟตอนเซลด้วย

ประวัติความเป็นมาของแนวคิด

โยฮันเนส เคปเลอร์เคยสังเกตเห็นว่าหางของดาวหางชี้ห่างจากดวงอาทิตย์ และบอกว่าเป็นดาวฤกษ์ที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ ในจดหมายถึงกาลิเลโอเมื่อปี 1610 เขาเขียนว่า “จงจัดเตรียมเรือที่มีใบเรือที่ปรับให้เหมาะกับลมสุริยะ และจะมีผู้ที่กล้าสำรวจความว่างเปล่านี้” บางทีด้วยคำพูดเหล่านี้ เขาอาจหมายถึงปรากฏการณ์ "หางดาวหาง" โดยเฉพาะ แม้ว่าสิ่งพิมพ์ในหัวข้อนี้จะปรากฏในหลายปีต่อมาก็ตาม

เจมส์ ซี. แม็กซ์เวลล์ตีพิมพ์ทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและการแผ่รังสีในทศวรรษปี 1960 ซึ่งเขาแสดงให้เห็นว่าแสงมีโมเมนตัมจึงสามารถออกแรงกดดันต่อวัตถุได้ สมการของแมกซ์เวลล์เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการเคลื่อนที่โดยใช้แรงกดเบา ดังนั้นในปี พ.ศ. 2407 เป็นที่รู้กันทั้งภายในและภายนอกชุมชนฟิสิกส์ว่าแสงแดดมีแรงกระตุ้นที่กดดันวัตถุ

สาธิตการทดลองครั้งแรกโดย Pyotr Lebedev ในปี พ.ศ. 2442 จากนั้น Ernest Nichols และ Gordon Hull ได้ทำการทดลองอิสระที่คล้ายกันในปี พ.ศ. 2444 โดยใช้เครื่องวัดรังสีของ Nichols

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นำเสนอสูตรที่แตกต่างออกไป โดยตระหนักถึงความเท่าเทียมกันของมวลและพลังงาน ตอนนี้เราสามารถเขียน p = E/c เป็นความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนตัม พลังงาน และความเร็วแสงได้

ทำนายไว้ในปี พ.ศ. 2451 ถึงความเป็นไปได้ที่ความดันรังสีจากแสงอาทิตย์จะขนส่งสปอร์ของสิ่งมีชีวิตข้ามระยะห่างระหว่างดวงดาว และผลที่ตามมาก็คือแนวคิดเรื่องแพนสเปิร์เมีย เขาเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่อ้างว่าแสงสามารถเคลื่อนย้ายวัตถุระหว่างดวงดาวได้

โครงการอย่างเป็นทางการโครงการแรกเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีนี้เริ่มต้นในปี พ.ศ. 2519 ที่ห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นเพื่อเสนอภารกิจนัดพบกับดาวหางฮัลเลย์

หลักการทำงานของใบเรือสุริยะ

แสงส่งผลกระทบต่อยานพาหนะทุกคันในวงโคจรรอบโลก ตัวอย่างเช่น ยานอวกาศทั่วไปที่มุ่งหน้าไปยังดาวอังคารจะอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากกว่า 1,000 กม. ผลกระทบเหล่านี้ถูกนำมาพิจารณาในการวางแผนวิถีการเดินทางในอวกาศนับตั้งแต่ยานอวกาศข้ามดาวเคราะห์ลำแรกในทศวรรษ 1960 การแผ่รังสียังส่งผลต่อตำแหน่งของยานด้วย และต้องคำนึงถึงปัจจัยนี้ในการออกแบบเรือด้วย แรงที่กระทำต่อใบเรือสุริยะคือ 1 นิวตันหรือน้อยกว่า

การใช้เทคโนโลยีนี้สะดวกในวงโคจรระหว่างดวงดาว โดยที่การกระทำใดๆ ก็ตามจะดำเนินการด้วยความเร็วที่ต่ำ เวกเตอร์แรงของใบเรือแสงนั้นวางตัวตามแนวเส้นสุริยะ ซึ่งเพิ่มพลังงานการโคจรและโมเมนตัมเชิงมุม ทำให้ยานเคลื่อนตัวออกห่างจากดวงอาทิตย์มากขึ้น ในการเปลี่ยนความเอียงของวงโคจร เวกเตอร์แรงจะอยู่นอกระนาบของเวกเตอร์ความเร็ว

การควบคุมตำแหน่ง

ระบบควบคุมทัศนคติของยานอวกาศ (ACS) ถือเป็นสิ่งสำคัญในการบรรลุและเปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่ต้องการขณะเดินทางผ่านจักรวาล ตำแหน่งเป้าหมายของยานพาหนะเปลี่ยนแปลงช้ามาก ซึ่งมักจะน้อยกว่าหนึ่งองศาต่อวันในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ กระบวนการนี้เกิดขึ้นเร็วกว่ามากในวงโคจรของดาวเคราะห์ ระบบควบคุมของยานพาหนะที่ใช้ใบเรือสุริยะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการวางแนวทั้งหมด

การควบคุมทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ระหว่างจุดศูนย์กลางความดันของถังและจุดศูนย์กลางมวล ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้ใบพัดควบคุม การเคลื่อนใบเรือแต่ละใบ การเคลื่อนย้ายมวลควบคุม หรือการเปลี่ยนการสะท้อนแสง

ตำแหน่งคงที่ต้องการให้ ACS รักษาแรงบิดสุทธิไว้ที่ศูนย์ โมเมนต์แห่งแรงใบเรือไม่คงที่ตลอดวิถี การเปลี่ยนแปลงตามระยะห่างจากดวงอาทิตย์และมุม ซึ่งปรับเพลาใบเรือและเบี่ยงเบนองค์ประกอบบางส่วนของโครงสร้างรองรับ ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงและแรงบิด

ข้อ จำกัด

เรือใบสุริยะจะไม่สามารถทำงานที่ระดับความสูงต่ำกว่า 800 กม. จากโลกได้ เนื่องจากจนถึงระยะทางนี้ แรงต้านทานอากาศจะเกินกว่าแรงกดเบา นั่นคืออิทธิพลของแรงดันแสงอาทิตย์นั้นสังเกตเห็นได้ชัดเจนเล็กน้อยและมันจะไม่ทำงาน อัตราการหมุนจะต้องเข้ากันได้กับวงโคจร ซึ่งโดยปกติจะเป็นเพียงปัญหาสำหรับการกำหนดค่าดิสก์ที่กำลังหมุนเท่านั้น

อุณหภูมิในการทำงานขึ้นอยู่กับระยะห่างจากแสงอาทิตย์ มุม การสะท้อนแสง และตัวส่งสัญญาณด้านหน้าและด้านหลัง ใบเรือสามารถใช้ได้เฉพาะในกรณีที่รักษาอุณหภูมิให้อยู่ภายในขีดจำกัดวัสดุเท่านั้น โดยทั่วไปสามารถใช้งานได้ใกล้ดวงอาทิตย์ประมาณ 0.25 หน่วยดาราศาสตร์ หากเรือได้รับการออกแบบอย่างระมัดระวังสำหรับสภาวะเหล่านี้

การกำหนดค่า

Eric Drexler สร้างต้นแบบใบเรือสุริยะจากวัสดุพิเศษ เป็นกรอบที่มีแผงทำจากฟิล์มอลูมิเนียมบาง ๆ มีความหนา 30 ถึง 100 นาโนเมตร ใบเรือหมุนและต้องอยู่ภายใต้ความกดดันตลอดเวลา การออกแบบประเภทนี้มีพื้นที่ต่อหน่วยมวลสูง ดังนั้นจึงมีความเร่ง "สูงกว่าห้าสิบเท่า" เมื่อเทียบกับฟิล์มพลาสติกที่ปรับใช้ได้ ประกอบด้วยใบเรือทรงสี่เหลี่ยมพร้อมเสากระโดงและเส้นคู่ที่ด้านมืดของใบเรือ เสากระโดงสี่เสาที่ตัดกันและเสาหนึ่งตั้งฉากกับศูนย์กลางเพื่อยึดสายไฟ

การออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์

เป๊กก้า จันหุเนน ผู้ประดิษฐ์ใบเรือไฟฟ้า โดยกลไกแล้ว มีความคล้ายคลึงกับการออกแบบระบบไฟแบบเดิมๆ เพียงเล็กน้อย ใบเรือจะถูกแทนที่ด้วยสายเคเบิล (สายไฟ) ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่ยืดตรงซึ่งจัดเรียงเป็นแนวรัศมีรอบเรือ พวกมันสร้างสนามไฟฟ้า มันขยายออกไปหลายสิบเมตรในพลาสมาของลมสุริยะที่อยู่รอบๆ แสงอาทิตย์อิเล็กตรอนถูกสะท้อนโดยสนามไฟฟ้า (เหมือนกับโฟตอนบนใบเรือสุริยะแบบดั้งเดิม) สามารถควบคุมเรือได้โดยการควบคุมประจุไฟฟ้าของสายไฟ ใบเรือไฟฟ้ามีสายไฟตรง 50-100 เส้น ยาวประมาณ 20 กม.

มันทำมาจากอะไร?

วัสดุที่พัฒนาขึ้นสำหรับใบเรือสุริยะของ Drexler นั้นเป็นฟิล์มอะลูมิเนียมบางๆ ที่มีความหนา 0.1 ไมโครเมตร ตามที่คาดไว้ มันแสดงให้เห็นถึงความแข็งแกร่งและความน่าเชื่อถือที่เพียงพอสำหรับการใช้งานในอวกาศ แต่ไม่ใช่สำหรับการพับ การปล่อย และการใช้งาน

วัสดุที่พบมากที่สุดในโครงสร้างสมัยใหม่คือฟิล์มอลูมิเนียม Kapton ขนาด 2 ไมครอน ทนต่ออุณหภูมิสูงใกล้ดวงอาทิตย์และค่อนข้างแรง

มีการคาดเดาทางทฤษฎีบางประการเกี่ยวกับการใช้เทคนิคการผลิตระดับโมเลกุลเพื่อสร้างใบเรือขั้นสูง แข็งแรง และเบาเป็นพิเศษโดยใช้ตาข่ายผ้าของท่อนาโน โดยที่ "ช่องว่าง" ที่ถักทอนั้นมีความยาวคลื่นน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของแสง วัสดุดังกล่าวถูกสร้างขึ้นในสภาพห้องปฏิบัติการเท่านั้นและยังไม่มีวิธีการผลิตในระดับอุตสาหกรรม

เรือลำเล็กเปิดโอกาสมหาศาลสำหรับการเดินทางระหว่างดวงดาว แน่นอนว่ายังคงมีคำถามและปัญหามากมายที่จะต้องเผชิญก่อนการเดินทางรอบจักรวาลโดยใช้การออกแบบยานอวกาศดังกล่าวกลายเป็นเรื่องปกติสำหรับมนุษยชาติ

30 พฤษภาคม 2558การทดสอบครั้งแรกจะเกิดขึ้นในวงโคจรโลก เรือพลังงานแสงอาทิตย์ LightSail-1- อุปกรณ์ซึ่งการใช้งานจะทำให้สามารถบินอวกาศในระยะทางที่ไกลที่สุดได้ในอนาคต วันนี้เราจะมาเล่าให้ฟัง ใบเรือสุริยะคืออะไรมีโอกาสใดบ้างและเกี่ยวกับบทบาทของนักดาราศาสตร์ชื่อดัง Carl Sagan และนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Friedrich Zander ในการเกิดขึ้นของแนวคิดนี้

หลักการทำงาน

ใบเรือสุริยะเป็นอุปกรณ์ที่ใช้แรงดันแสงแดดบนพื้นผิวกระจกเพื่อขับเคลื่อนยานอวกาศ

การใช้เทคโนโลยีนี้จะทำให้สามารถดำเนินการได้แม้กระทั่งการบินในอวกาศที่ยาวที่สุดเนื่องจากการเคลื่อนย้ายในอวกาศระหว่างดวงดาวเรือไม่จำเป็นต้องมีเชื้อเพลิงทางกายภาพจำนวนมากบนเรือ - แหล่งที่มาของการเคลื่อนไหวจะอยู่ทุกที่

แน่นอนว่ายิ่งยานอวกาศที่มีใบเรือสุริยะอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดแสงมากเท่าใด ความกดดันก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น แต่อวกาศอันกว้างใหญ่ของจักรวาลนั้นเป็นสุญญากาศ ดังนั้นจึงไม่มีแรงใดมาขัดขวางการเคลื่อนที่ของยานอวกาศ แต่แม้แต่แสงที่อ่อนที่สุดจากดวงดาวที่อยู่ไกลออกไปก็ยังจะค่อยๆเพิ่มความเร็วในการบิน

เชื่อกันว่ายานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยใบเรือสุริยะซึ่งมีขนาดเพียงพอจะมีความเร็วถึงประมาณหนึ่งในสิบของความเร็วแสง

นอกจากนี้ยังมีแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแหล่งที่มาหลักของการเคลื่อนที่ของใบเรือจากแสงแดดไปเป็นลำแสงเลเซอร์ ในขั้นต้น มีการวางแผนที่จะติดตั้งแหล่งกำเนิดของลำแสงนี้บนโลก แต่ตอนนี้ข้อเสนอที่โดดเด่นยิ่งขึ้นได้เกิดขึ้นเพื่อสร้างโครงสร้างดังกล่าวที่ไหนสักแห่งบนดาวเคราะห์ที่แยกจากกันของระบบสุริยะ หรือแม้แต่ในสถานีอวกาศในอวกาศระหว่างดวงดาว ทางเลือกที่เหมาะสมที่สุดคือการติดตั้งระบบเลเซอร์ทั้งหมดเพื่อเดินทางไปยังดาวดวงอื่น แต่นี่เป็นเรื่องของอนาคตอันไกลโพ้น

เรื่องราว

ต้นกำเนิดของแนวคิดเรื่องการเดินเรือสุริยะควรค้นหาในผลงานของนักฟิสิกส์ชาวสก็อตชื่อดัง James Maxwell (ครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19) ซึ่งเป็นผู้กำหนดทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงและทำนายการดำรงอยู่ของแรงดันแสง

ความฝันของยานอวกาศที่จะเคลื่อนที่ด้วยแรงกดดันจากแสงแดดปรากฏขึ้นแล้วเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 ในงานของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างเช่นนวนิยายเรื่อง "The Unusual Adventures of a Russian Scientist" โดยชาวฝรั่งเศส Georges le Fort และ Henri de Graffiny พูดถึงการเดินทางไปดาวศุกร์ในระหว่างนั้นมีการใช้กระจกพาราโบลาขนาดใหญ่ในการเคลื่อนไหว

น่าแปลกที่นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียเป็นผู้พัฒนาการออกแบบเครื่องบินบนใบเรือสุริยะของจริงเป็นครั้งแรก ฟรีดริช แซนเดอร์ วิศวกรโซเวียตได้ยื่นคำขอที่เกี่ยวข้องต่อคณะกรรมการการประดิษฐ์ในปี 1924 แต่ผู้เชี่ยวชาญเรียกมันว่ามหัศจรรย์เกินไปและปฏิเสธ

ในตะวันตกแนวคิดในการสร้างใบเรือสุริยะนั้นมีความเกี่ยวข้องกับนักดาราศาสตร์นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์และผู้เผยแพร่วิทยาศาสตร์ชื่อดังอย่าง Carl Sagan เขาเป็นผู้แสดงการบินระหว่างดวงดาวที่ยอดเยี่ยม และในฐานะนักวิทยาศาสตร์ เขากลายเป็นหนึ่งในที่ปรึกษาที่ได้รับความเคารพนับถือมากที่สุดคนหนึ่งของ NASA

เซแกนกล่าวถึงแนวคิดเรื่องการแล่นเรือสุริยะครั้งแรกในปี 1976 ก่อนหน้านี้เขาต้องเผชิญกับปัญหาความเป็นไปไม่ได้ในการบินอวกาศระยะไกลโดยใช้เครื่องบินที่ใช้เครื่องยนต์ทางกายภาพ แต่ตามทฤษฎีแล้ว ใบเรือสุริยะทำให้สามารถหลุดพ้นจากทางตันทางเทคโนโลยีนี้ได้

ในปี 1980 Carl Sagan และผู้ที่มีความคิดเหมือนกัน รวมถึงนักวิทยาศาสตร์ชื่อดังคนอื่นๆ ได้ก่อตั้ง Planetary Society ซึ่งมีเป้าหมายคือการสำรวจอวกาศ ค้นหาชีวิตนอกโลก และสนับสนุนโครงการที่มุ่งเป้าไปที่สิ่งนี้ องค์กรนี้เป็นหนึ่งในผู้สนับสนุนหลักและผู้ทำการแนะนำชักชวนสมาชิกรัฐสภาของแนวคิด Solar Sail

ความพยายามที่จะสร้าง

ย้อนกลับไปในปี 1974 วิศวกรสามารถควบคุมลมสุริยะได้เป็นครั้งแรก สิ่งนี้เกิดขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของการเปิดตัวสถานีอวกาศอัตโนมัติระหว่างดาวเคราะห์อเมริกา Mariner 10 แผงโซลาร์เซลล์ของมันทำหน้าที่เป็นใบเรือสุริยะ พวกมันถูกหันไปในมุมที่ต้องการไปยังดวงอาทิตย์ซึ่งทำให้สามารถปรับตำแหน่งของเรือในอวกาศได้

การออกแบบถัดไปที่คล้ายกับใบเรือสุริยะคือตัวสะท้อนแสง Znamya-2 ซึ่งติดตั้งในปี 1993 ที่สถานีวงโคจรเมียร์ แต่มันไม่ได้ถูกใช้เป็นตัวเร่งความเร็ว แต่เป็นแหล่งกำเนิดแสงเพิ่มเติมสำหรับโลก การออกแบบนี้สร้าง "จุดดวงอาทิตย์" ขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 กิโลเมตรบนพื้นผิวโลกของเรา

ต่อจากนั้น กระบวนการสร้างและใช้งานใบเรือสุริยะต้องเผชิญกับชะตากรรมที่ชั่วร้ายอย่างแท้จริง ดังนั้นในปี 2548 จรวดโวลนาของรัสเซียซึ่งบรรทุกดาวเทียม Cosmos-1 พร้อมใบเรือสุริยะที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 เมตรขึ้นสู่วงโคจรจึงตกลงมาระหว่างการปล่อย

ความพยายามที่จะปล่อยเรือสุริยะในปี 2544 และ 2548 จบลงด้วยความล้มเหลว จรวดฟอลคอน 1 ของบริษัทอเมริกันซึ่งเปิดตัวในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2551 ก็ควรจะส่งใบเรือสุริยะ NanoSail-D ขึ้นสู่วงโคจรด้วย แต่เธอก็ล้มลงในเที่ยวบินสามนาที

การปล่อยเรือโซลาร์เซลที่ประสบความสำเร็จอย่างแท้จริงครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 2010 โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ IKAROS ของญี่ปุ่น วิศวกรชาวญี่ปุ่นส่งมันขึ้นสู่วงโคจรและสามารถติดตั้งฟิล์มโพลีเอไมด์ที่มีความหนา 7.5 ไมครอนได้อย่างสมบูรณ์และมีพื้นที่ 196 ตารางเมตร

ใบเรือสุริยะนี้ดำเนินการเป็นเวลาหลายเดือนในระหว่างการบินของสถานีอวกาศอัตโนมัติแสงอุษาไปยังดาวศุกร์ ตอนนี้อาจยังใช้งานได้ แต่ตั้งแต่ปี 2012 ไม่มีการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ดังกล่าว

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2553 จรวดมิโนทอร์-4 ของอเมริกาได้ส่งใบเรือสุริยะนาโนเซล-ดี2 ขึ้นสู่วงโคจร วัตถุนี้บินรอบโลกเป็นเวลาแปดเดือนและผู้อยู่อาศัยในโลกของเราจำนวนมากสามารถมองเห็นมันในท้องฟ้ายามค่ำคืนในรูปแบบของจุดสว่างที่ลอยอยู่บนท้องฟ้า

แล้วก็ล้มเหลวอีก หรือค่อนข้างจะขาดโชค ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2558 NASA วางแผนที่จะส่งใบเรือสุริยะ Sunjammer ซึ่งตั้งชื่อตามเรื่องราวของ Arthur C. Clarke ในชื่อเดียวกัน ขึ้นสู่วงโคจรโดยใช้ยานส่งจรวดส่วนตัว Falcon 9 ควรจะเป็นวัตถุประเภทนี้ที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ เนื่องจากมีพื้นที่ผิวประมาณ 1,200 ตารางเมตร

แต่ในเดือนพฤศจิกายน 2014 เป็นที่ทราบกันดีว่าองค์การอวกาศสหรัฐได้ยกเลิกการปล่อยจรวดนี้ ดังนั้นจรวดฟอลคอน 9 จึงขึ้นสู่วงโคจรโดยไม่มีใบเรือสุริยะ ขณะนี้การเปิดตัว Sunjammer ถูกเลื่อนออกไปเป็นปี 2018

โครงการในปัจจุบันและอนาคต

ตอนนี้กลับมาที่ Planetary Society เป็นผู้ริเริ่มการเปิดตัวใบเรือสุริยะ LightSail-1 ซึ่งการทดสอบการใช้งานจะมีขึ้นในวันที่ 30 พฤษภาคม 2558 จริงอยู่ที่ตอนนี้เรากำลังพูดถึงเพียงการพัฒนาเทคโนโลยีเท่านั้นไม่ใช่เกี่ยวกับโครงการที่เต็มเปี่ยม

ใบเรือ LightSail-1 มีพื้นที่ 32 ตารางเมตร โดยจะจับคู่กับ CubeSat ขนาดเล็ก (แบบเดียวกับ NanoSail-D2) วัตถุประสงค์ของการปล่อยครั้งนี้คือเพื่อทดสอบระบบการวางกำลังใบเรือ ตลอดจนระบบควบคุมและการสื่อสาร อุปกรณ์จะทำงานในวงโคจรนานสูงสุดสิบวัน นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตได้จากโลกในความมืดอีกด้วย

หากการทดสอบเหล่านี้ให้ผลลัพธ์ที่เป็นบวก ในปี 2559 Planetary Society จะเปิดตัวเรือใบสุริยะ LightSail-1 ขึ้นสู่วงโคจร มันจะทำงานที่ระดับความสูง 800 กิโลเมตร และเวลาใช้งานของอุปกรณ์นี้จะอยู่ที่ประมาณสี่เดือน

ผู้สร้าง LightSail-1 หวังว่าจะได้สำรวจความเป็นไปได้ของการเคลื่อนตัวในอวกาศโดยใช้ใบเรือสุริยะในช่วงเวลานี้

สิ่งที่น่าสนใจคือ Planetary Society ตัดสินใจขอความช่วยเหลือจากชาวโลกทุกคนในการจัดหาเงินทุนสำหรับโครงการนี้ องค์กรได้เปิดตัวแคมเปญระดมทุนบน Kickstarter เริ่มต้นเมื่อไม่กี่วันที่ผ่านมาและระดมทุนได้ประมาณ 763,000 ดอลลาร์ โดยมีการร้องขอครั้งแรก 200,000 ดอลลาร์ ในขณะนี้มีผู้บริจาคเงินเข้ากองทุนของเธอแล้วมากกว่า 15,000 คน

เราสามารถพูดได้ว่าประวัติศาสตร์ที่แท้จริงของใบเรือสุริยะเริ่มต้นต่อหน้าต่อตาเรา ทฤษฎีที่สวยงามที่ให้โอกาสเราในการเดินทางระหว่างดวงดาวยังคงเป็นเพียงทฤษฎีในตอนนี้ แต่ในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า การฝึกฝนจะแสดงให้เห็นว่าสมมติฐานของ Maxwell, Zander และ Sagan นั้นถูกต้องเพียงใด

อย่างไรก็ตาม เรือสุริยะเป็นเพียงหนึ่งในเทคโนโลยีมากมายที่จะเปิดทางไปสู่ดวงดาวในอนาคต คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับแนวคิดอื่น ๆ ที่กล้าหาญและยอดเยี่ยมได้ไม่น้อย

แนวคิดที่ว่าแสงสามารถออกแรงกดได้นั้นมีสาเหตุมาจากโยฮันเนส เคปเลอร์ ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากหางของดาวหางที่กระพือปีกเมื่อปี 1619 ขณะที่พวกมันเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ ในปี พ.ศ. 2416 James Maxwell ได้ประเมินขนาดของความกดดันนี้ตามทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของเขาตามทฤษฎีแสงของเขา และในปี 1900 เพื่อนร่วมชาติของเรา Pyotr Lebedev นักฟิสิกส์ชื่อดังก็สามารถทดลองตรวจจับและวัดแรงกดของแสงได้ ชาวรัสเซียเป็นคนแรกที่ตัดสินใจใช้พลังงานแสงอาทิตย์ - นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ Boris Krasnogorsky เขียนเกี่ยวกับการแล่นเรือด้วยแสงอาทิตย์ย้อนกลับไปในปี 1913 ในนวนิยายของเขาเรื่อง On the Waves of Ether เรือ Space Conqueror เคลื่อนที่ผ่านอวกาศโดยใช้แสงแดดและกระจกวงแหวนที่ทำจากแผ่นโลหะขัดเงาที่บางที่สุด และในช่วงกลางทศวรรษที่ 1920 ในรัสเซียนักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ฟรีดริชแซนเดอร์ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งทฤษฎีการบินอวกาศและเครื่องยนต์ไอพ่นก็หยิบแนวคิดนี้ขึ้นมา ในปีพ.ศ. 2467 เขาได้ยื่นคำขอต้นฉบับสำหรับเครื่องบินอวกาศซึ่งจะใช้กระจกขนาดใหญ่และบางมากเพื่อเดินทางในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ต่อคณะกรรมการการประดิษฐ์

ในเวลานั้นไม่มีใครให้ความสำคัญกับแนวคิดนี้อย่างจริงจัง - ไม่มีวัสดุและเทคโนโลยีที่เหมาะสม แต่ในทศวรรษ 1960 นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์กลับมาใช้เรือสุริยะอีกครั้ง (ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงคือเรื่อง "The Solar Wind" ของ Arthur C. Clarke) จากนั้นก็เป็นวิศวกร ในช่วงทศวรรษ 1970 NASA พิจารณาเรือใบสุริยะอย่างจริงจังว่าเป็นหนึ่งในตัวเลือกเครื่องยนต์สำหรับยานสำรวจที่จะออกเดินทางไปยังดาวหางฮัลเลย์ ความคิดนี้ถูกละทิ้งด้วยเหตุผลหลายประการ แต่ก็ไม่ถูกลืม
ในปี พ.ศ. 2543 ที่ NPO ที่ได้รับการตั้งชื่อตาม Lavochkin และสถาบันวิจัยอวกาศ (IKI) ของ Russian Academy of Sciences เริ่มทำงานในโครงการ CASP (ยานอวกาศ Solar Sail) โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนจาก Planetary Society of the United States ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 1980 โดยนักวิทยาศาสตร์สามคน ได้แก่ ศาสตราจารย์ Bruce Murray ของ Caltech, Louis Friedman พนักงานของ JPL และนักดาราศาสตร์และนักเขียน Carl Sagan และองค์กรสาธารณะ Cosmos Studios ซึ่งนำโดย Ann Druyan ภรรยาม่าย ของคาร์ล เซแกน. ใบเรือสุริยะเป็นฟิล์มโพลีเอสเตอร์บางๆ หนา 5 ไมครอน เคลือบด้าน "แสงอาทิตย์" ด้วยชั้นอะลูมิเนียมซับไมครอน (ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน 0.85) “ฟิล์มประเภทนี้ค่อนข้างแข็งแกร่ง แต่ถ้าได้รับความเสียหาย เช่น จากอุกกาบาตขนาดเล็ก รอยแตกจะแพร่กระจายไปทั่วพื้นผิวทันที” Viktor Kudryashov ผู้จัดการโครงการชาวรัสเซียบอกกับ Popular Mechanics – เสริมความแข็งแรงให้ฟิล์มไม่ขาด ในกรณีของเรา ผ้าใบเรือได้รับการเสริมด้วยเทปพิเศษแถบแคบๆ ที่ช่วยหยุดน้ำตา เพื่อป้องกันไม่ให้ 'คืบคลาน' ไปทั่วทั้งใบเรือ”
ในบรรดาการออกแบบใบเรือที่เป็นไปได้ที่ NPO ซึ่งตั้งชื่อตาม Lavochkin ตัดสินใจเลือก "ดอกไม้" 8 กลีบ กลีบดอกสามเหลี่ยมแต่ละกลีบที่มีพื้นที่ 75 ตารางเมตร จะต้องกางออกและรองรับด้วยโครงนิวแมติกพิเศษซึ่งจะแข็งตัวหลังจากเติมไนโตรเจน เมื่อพับแล้วกลีบจะถูกวางไว้ในภาชนะขนาดเท่าอิฐ - ขั้นแรกให้ดูดฝุ่นเอาอากาศที่เหลือออกแล้วพับหลาย ๆ ครั้งตามรูปแบบการวางที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ เมื่อเปิดออก เรือใบอวกาศจะเป็นแท่นขนาดเล็ก (ยาว 1 ม.) ซึ่งมีกลีบสามเหลี่ยม 8 กลีบ "เติบโต" “สำหรับยานอวกาศที่มีใบเรือสุริยะ การบินในวงโคจรใกล้โลกมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง ในแต่ละช่วงเวลาดวงอาทิตย์อาจได้รับแสงสว่างหรืออยู่ในเงามืดของโลกก็ได้ เพื่อจัดระเบียบการควบคุมอุปกรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการวางแผนให้หมุนกลีบใบเรือไปรอบแกนของแต่ละกลีบ” Viktor Kudryashov กล่าว
เหตุใดจึงต้องมีใบเรือสุริยะ? ท้ายที่สุดแล้วแรงขับของพวกมันต่ำมาก (ความดันแสงแดดที่ระดับวงโคจรของโลกบนกระจกสะท้อนแสงที่สมบูรณ์แบบที่มีพื้นที่ 1,000 ม. 2 อยู่ที่ 10 mN เท่านั้น) และไม่มีใครเทียบได้กับเครื่องยนต์ไอพ่นที่ทรงพลัง อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์เชื้อเพลิงเคมีสามารถทำงานได้หลายร้อยวินาที เครื่องยนต์พลาสมาทำงานได้หลายพันชั่วโมง และทั้งสองอย่างถูกจำกัดด้วยปริมาณของของเหลวทำงาน แต่ใบเรือสามารถส่งแรงผลักได้ในขณะที่พื้นผิวของมันได้รับแสงสว่างจากดวงอาทิตย์ (ตามที่นักดาราศาสตร์ระบุว่า สิ่งนี้จะคงอยู่ต่อไปอีกประมาณ 5 พันล้านปี) และไม่มีการใช้พลังงานหรือของเหลวในการทำงาน ดังนั้นโอกาสที่สดใสจึงเปิดกว้างสำหรับเรือใบสุริยะ น่าเสียดายที่การบินด้วยเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมลูกเรือยังคงเป็นเรื่องของอนาคตอันไกลโพ้น แต่สถานีอัตโนมัติที่ติดตั้งเครื่องยนต์ดังกล่าวจะมีความเป็นจริงในอนาคตอันใกล้นี้ ยานพาหนะแล่นเรือใบได้รับการพิจารณาอย่างจริงจังว่าเป็นยานสำรวจสำหรับการบินไปยังดาวเคราะห์ชั้นในของระบบสุริยะ ไปยังดาวพลูโต ไปยังดาวเคราะห์น้อยและดาวหางบางดวง เพื่อเข้าใกล้ขอบเขตของระบบสุริยะมากขึ้น ซึ่งความเข้มของแสงอาทิตย์ลดลงอย่างมาก โครงการอันน่าอัศจรรย์ของเลเซอร์โคจรที่ "ดัน" ใบเรือก็ปรากฏขึ้นแล้ว
ปัจจุบันยานอวกาศที่มีใบเรือสุริยะสามารถแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์ได้ไม่เพียงเท่านั้น การใช้งานจริงประการหนึ่งอาจเป็นโครงการ NPO ที่ตั้งชื่อตาม Lavochkin และ IKI RAS “อากาศแจ่มใส” เรากำลังพูดถึงหอดูดาวอวกาศขนาด 30 กิโลกรัมสำหรับสังเกตดวงอาทิตย์และทำนายพายุแม่เหล็ก ซึ่งตั้งอยู่ในระยะทาง เช่น 3 ล้านกิโลเมตรตามแนวเส้นโลก-ดวงอาทิตย์ ซึ่งอยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์มากกว่าจุดจำลอง (นั่นคือ สมดุลแรงโน้มถ่วง) ที่ SOHO หอดูดาวสุริยะยุโรป-อเมริกาแขวนอยู่ถึงสองเท่า ด้วยการใช้ใบเรือขนาด 1,000 ตารางเมตร Solar Weather จะชดเชยแรงดึงโน้มถ่วงที่เพิ่มขึ้นของดวงอาทิตย์ ทำให้สามารถเตือนพายุแม่เหล็กล่วงหน้าได้นานกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน
เรือสุริยะของรัสเซียโชคไม่ดี - ในวินาทีที่ 83 ของการบินเกิดความผิดปกติในระยะแรกของ Volna และจรวดตกลงไปในทะเล (ชะตากรรมเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับต้นแบบซึ่งเปิดตัวโดย Volna ด้วย - ในปี 2544 ควรจะ แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการปรับใช้ "กลีบดอก" สองกลีบ อย่างไรก็ตาม ผู้อำนวยการโครงการและผู้อำนวยการบริหารของ US Planetary Society Louis Friedman ไม่ได้ตั้งใจที่จะล้มเลิกความคิดที่ว่า “ความล้มเหลวก็เกิดขึ้นเช่นกัน แต่ทันทีหลังจากการล่มสลายของ Cosmos-1 ฉันเริ่มได้รับข้อความจากนักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และผู้ที่ชื่นชอบ และทุกคนก็พูดเป็นเอกฉันท์ว่า: "มาสร้างเรือสุริยะอีกครั้งแล้วปล่อยมันไป!" ซึ่งค่อนข้างสอดคล้องกับแผนของเราเอง แน่นอนเป็นไปได้มากว่าจะต้องเปลี่ยนยานพาหนะสำหรับการเปิดตัวและตอนนี้เรากำลังพิจารณาสองตัวเลือกที่เป็นไปได้ - Soyuz-Fregat และ Kosmos-3M สิ่งที่เหลืออยู่คือการหาเงินทุน - โครงการทั้งหมดจะมีราคาประมาณ 4 ล้านเหรียญสหรัฐ” แต่ปัจจุบันตามเว็บไซต์อย่างเป็นทางการของ NPO ที่ตั้งชื่อตาม น่าเสียดายที่โครงการ Lavochkin ของใบเรือสุริยะใหม่ถูกแช่แข็งไว้

การออกแบบ "ใบเรือสุริยะ" Cosmos-1 ยานอวกาศที่มีใบเรือสุริยะ (SASP) ซึ่งติดตั้งกลีบใบแบบพับพิเศษไว้ด้านนอกมีขนาดเล็ก - ยาวประมาณ 1 เมตรและหนัก 100 กิโลกรัม แต่ไม่ได้ขัดขวางไม่ให้มีระบบทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการปฏิบัติการ ของอุปกรณ์และใบเรือ พื้นฐานของการออกแบบ KASP คือแพลตฟอร์มเครื่องมือซึ่งมีระบบขับเคลื่อนเร่งความเร็ว, แผงโซลาร์เซลล์ 4 แผง, อุปกรณ์บริการ, กล้องถ่ายภาพและโทรทัศน์, เสาอากาศและที่สำคัญที่สุดคือติดตั้งชุดใบเรือโซลาร์เซลล์ เมื่อพับแล้ว แต่ละกลีบทั้ง 8 จะเป็นห่อเล็กขนาด 30 ซม. x 20 ซม. x 20 ซม. แพ็คเกจทั้ง 8 เหล่านี้ตั้งอยู่ในเครื่องบินสองลำ โดยแต่ละลำมี 4 ลำ การแฉกลีบเกิดขึ้นในสองขั้นตอน: ขั้นแรก 4 กลีบนอนอยู่ในระนาบหนึ่งเปิดออก จากนั้น 4 กลีบนอนในอีกระนาบหนึ่ง เมื่อขยายกลีบแต่ละกลีบออกจะเป็นสามเหลี่ยมหน้าจั่วซึ่งขยายจากแกนตามยาวของอุปกรณ์ไปจนถึงรอบนอก กลีบ 8 กลีบเหล่านี้จัดเรียงในลักษณะที่หลังจากใช้งานทั้ง 8 กลีบแล้ว ก็จะก่อตัวเกือบเป็นวงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 30 ม. และพื้นที่ 600 ตารางเมตร ม. กลีบดอกของใบเรือสุริยะทำจากฟิล์มโพลีเมอร์หนา 5 ไมครอน ซึ่งเคลือบโลหะไว้ด้านหนึ่ง (หันหน้าไปทางดวงอาทิตย์) ตามด้านยาวทั้งสองของกลีบแต่ละกลีบจะมีโครงนิวแมติกซึ่งเป็นท่อกลวงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 ซม. และทำจากวัสดุโพลีเมอร์ แต่มีความหนาไม่ 5 แต่มี 20 ไมครอน เฟรมจำเป็นต้องจัดระเบียบกระบวนการคลี่กลีบแต่ละกลีบ (มีไนโตรเจนอัดอยู่ภายในท่อตามคำสั่งให้เปิดใบเรือ และท่อที่ค่อยๆ คลี่ออกจะยืดกลีบบางๆ ออก) และสร้างความแข็งแกร่งให้กับแต่ละส่วนของใบเรือ กลีบดอกไม้แต่ละกลีบมีความสามารถในการหมุนรอบแกนยึดในมุมที่กำหนด แรงขับของใบเรือสุริยะนั้นมาจากโฟตอน เมื่อถูกดูดซับหรือสะท้อนจากใบเรือสุริยะ พวกมันจะถ่ายโอนแรงกระตุ้น (ในกรณีแรก เดี่ยว ครั้งที่สอง สองเท่า) ไปยังยานอวกาศ มันเป็นแสง ไม่ใช่ลมสุริยะ (ต่างจากเรือใบที่ขับเคลื่อนด้วยลม) ที่ผลักดันใบเรือแห่งจักรวาล ลมสุริยะเป็นการไหลของพลาสมา ซึ่งมีประจุค่อนข้างช้า (300–700 กม./วินาที) ส่วนใหญ่เป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน (มีนิวเคลียสของฮีเลียมและแม้แต่ไอออนของธาตุที่หนักกว่า) ผูกมัดด้วยสนามแม่เหล็กของพวกมันเอง ลมสุริยะมีต้นกำเนิดในโคโรนาและ “พัด” เข้าสู่ขอบเขตของระบบสุริยะ เมื่อทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของโลก ทำให้เกิดแสงเหนือ และเมื่อเกิดกับดาวหาง ทำให้เกิดการก่อตัวของพลาสมาหรือหางไอออน แม้ว่าลมสุริยะจะไม่สามารถ "ควบคุม" เข้ากับใบเรือของยานอวกาศได้เนื่องจากการหายากมาก (ความดันน้อยกว่าแสงประมาณพันเท่า) แต่ก็น่าสงสัยว่าเขาเป็นคนแนะนำวิธีการเคลื่อนที่ในอวกาศแบบนี้: ในวันที่ 17 ศตวรรษ โยฮันเนส เคปเลอร์ จากการสังเกตหางของดาวหางชี้ให้เห็นว่าเรือใบสามารถเคลื่อนที่ไปบนท้องฟ้าได้