Föreställ dig ett solenergi-segel som kan driva ett rymdfarkoster genom rymdvakuumet som en vind som driver ett segel här på jorden. NASA och andra rymdbyråer tar idén på allvar och arbetar med olika prototyptekniker. Edward Montgomory är Technology Area Manager för Solar Sail Propulsion på NASA. De testade just ett 20 meter segel på Glenns forskningscentrums Plum Brook-anläggning i Sandusky, Ohio.
Lyssna på intervjun: NASA Tests a Solar Sail (3,7 mb)
Eller prenumerera på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain - Kan du ge mig lite bakgrund om solens segel i allmänhet?
Edward Montgomery - Detta är en teknik som vår byrå har varit intresserad av under en längre tid, men historien går tillbaka flera hundra år till Fredrick Sander vid sekelskiftet (19: e). På senare tid har vi funnit att framstegen inom ett par särskilda områden har gjort det till något som vi verkligen måste undersöka. Kompositmaterial som har kommit ut under de senaste åren, till exempel inom sportutrustning som är tillverkad av ultra, lätta stavar och filmteknik som på vissa sätt är relaterad till materialindustrin och fält för integrerade kretsar till exempel och färgtillsatser. Dessa fält har gjort det möjligt att bygga strukturer i rymden som är gossamer-liknande och vi har aldrig riktigt kunnat göra det förrän ett par decennier innan (nu) och när du väl kan få den massan som är riktigt låg, då tar inte mycket för kraft för att få lite acceleration och lite bra framdrivning ur det.
Hur kan ljus ge framdrift till aluminiumfolie i rymden?
Det är en mycket fascinerande egenskap som ljus har; det har inte riktigt massa, så det kan inte studsa av något, men faktiskt interagerar det med hinder; det ger momentum till det och detta teoretiserades av Einstein och det har bevisats i ett antal laboratorieexperiment.
Vilken teknik testar du på NASA just nu?
Vi tar ett speciellt solseglekoncept som är ett fyrkantigt segel; Det har fyra bommar som kommer ut och mellan bommarna finns triangulära segel och det systemet är utformat för att bära nyttolast som är relativt blygsamma: Robotenskaps nyttolast. Vi tittar på flera uppdrag till det inre solsystemet för att studera solens fysik och hur den interagerar med jorden.
Så du skulle skicka ditt solsegla från vår position; jordens omloppsbana, närmare solen? Låter lite bakåt för mig.
Tja, som seglet kan producera står i proportion till solljusets styrka och när du går närmare solen, går framdrivningens styrka upp som avståndets kvadrat när du kommer närmare så faktiskt fungerar det mycket mer effektivt nära solen. Uppdragen som har planerats för att titta på det yttre solsystemet; nästan alla av dem har involverat först att gå till det inre solsystemet som flyger nära solen och få ett bra boost och sedan gå ut. Men de närmaste uppdragen som vi tittar på är uppdrag som svävar; de går inte riktigt snabbt. Det finns en balanspunkt mellan jordens gravitationella drag och solens gravitationella drag som kallas Lagrange-punkten, och vi har satelliter som finns där nu. Det kräver ingen speciell framdrivning, men om du vill sitta och sväva vid någon punkt närmare Solen (för att komma till) den specifika punkten i rymden, måste du ha vissa framdrivningsförmågor och våra forskare har ett intensivt intresse att vilja vara vid den punkten. Du kan föreställa dig hur det kan vara en fördelaktig plats att placera några instrument mellan jorden och solen för att förstå hur den fysiska egenskapen är.
Ok, så jag förstår; det skulle vara som om solen var ett fan och du hade ditt segel och du låter den driva ned mot solen till den punkten att solkraften kommer ut ur den är perfekt balanserad för att hålla solseglet vid den punkten. Det skulle inte gå längre eller gå närmare.
Höger. Det är korrekt.
Vilken typ av experiment skulle du vara intresserad av att göra om du kunde komma så nära och kunna hålla stationen?
Jag är en framdrivande ingenjör, inte en forskare; de kan göra ett mycket bättre jobb med att förklara exakt vad de studerar, men några av de instrument som de planerar att sätta på den mäter magnetosfären, de mäter partiklar med hög energi när de går förbi. Av speciellt intresse är avkänning av koronala massutkast; det är de stora flarehändelser som inträffar på solen, att när de når jorden verkligen kan störa vår kommunikation och de faktiskt kan skada och förstöra känslig elektronisk utrustning. En sådan uppblossning 1986 orsakade flera miljoner dollar skada i Nordamerika ensam, så vi vill kunna förutsäga dessa händelser när de händer och om vi har tillräckligt med varningstid kan vi stänga av vår utrustning eller under särskilda förhållanden, hålla dem från att bli skadad så det är viktigt att veta när en koronal massutkastning kommer.
Vad kan framtiden ha för denna teknik, med att kunna utforska det yttre solsystemet?
Det är en bra poäng. Som jag just nämnde kan dessa koronala massutsprutningar också vara mycket skadliga för våra astronauter så NASA ser inom en snar framtid att gå tillbaka till Månen och Mars som det har diskuterats mycket om. Vi måste kunna förutsäga när dessa händelser (koronala massutsprutningar) inträffar så att våra astronauter kan komma till säkra tillflyktsorter från dessa händelser, så vi kommer förmodligen att behöva ha dessa varningssatelliter placerade nära månen och mars och eventuellt runt solsystemet för en varning när du gör det. (Efter det) så småningom i framtiden finns det ett intensivt intresse av att vilja förstå strukturen i vårt solsystem utanför Plutos omloppsbana, särskilt Heliopause, nu har Voyager rymdfarkosten just kommit in i regionen; det har funnits några intressanta resultat där; och det är mycket som vi vill veta om i den rymdsregionen. Precis bortom det är något som kallas Oort Cloud, som förmodligen är det rymdområdet där många av de kometer som vi ser lever mest av deras liv, men ibland kommer de in i solen. Så det finns en hel del vetenskap att göra; observation och utforskning strax utanför solsystemets kanter.
Skulle någonting vara annorlunda i att bygga ett solsegel för att kunna resa ut i det yttre solsystemet, vad du jobbar med just nu?
Det behöver inte vara det. Du kan ta den teknik som vi förföljer nu för att göra dessa koronala massutkastssignaler och du kan skicka det seglet på ett uppdrag. Problemet är att det skulle ta eller mer att komma till de Oort Clouds och ut i Heliopause. Om vi kan bygga ett segel som är i storleksordning eller en tiondel av vikten för samma areamängd; som utför 10 gånger bättre om du gör det, så kan vi göra samma uppdrag under halva tiden, så för att verkligen börja överväga det uppdraget, kommer vi att vilja bygga seger med högre prestanda för att verkligen göra det och göra det under vår livstid, om du vill.
Vad är tidsramen nu framåt med den prototyp du testar och dina framtidsplaner?
Det är något som det finns en hel del studier pågår i byrån just nu; särskilt finns det en rådgivande kommitté för vetenskap som möter och bestämmer vad deras vetenskapliga prioriteringar är och som kommer att fastställa behovet för när segel måste vara redo. När det kan vara redo ... väl, vad vi har gjort under de senaste tre åren som har kulminerat med dessa tester på Plumbrook är att göra det bästa vi kan på marken för att designa och driva ett solsegel i en simulerad rymdmiljö. Nästa steg är att gå upp i rymden och det kommer att bli ett viktigt steg. Vi måste verkligen flyga solseglet och se hur det fungerar i rymden: lasterna på seglets struktur är mycket, mycket mindre än de är här på marken. Gravity lägger en belastning på seglen som är 4000 gånger högre än vad solen kommer att göra. Så en riktigt verklig miljö är i rymden och vi måste ta upp det (seglet) för att testa det. Det är ytterligare 3-5 år att göra den typen av saker, och sedan är den redo att infunderas i ett vetenskapligt uppdrag; 3-5 års nominell planering och utvecklingsfas för rymdsuppdrag. Så inom det kommande decenniet förväntar jag mig verkligen att se ett solsegel flyga.
