شراع شمسي بطول 20 مترًا قيد الاختبار. رصيد الصورة: ناسا. اضغط للتكبير.
استمع إلى المقابلة: ناسا تختبر شراعًا شمسيًا (3.7 ميغابايت)
أو اشترك في البودكاست:universetoday.com/audio.xml
فريزر كاين - هل يمكن أن تعطيني بعض المعلومات الأساسية عن الأشرعة الشمسية بشكل عام؟
إدوارد مونتغمري؟ هذه تقنية كانت وكالتنا مهتمة بها لبعض الوقت ، لكن التاريخ يعود إلى عدة مئات من السنين إلى فريدريك ساندر في مطلع القرن (التاسع عشر). في الآونة الأخيرة ، وجدنا أن التقدم في مجالين معينين جعلته شيئًا يتعين علينا حقًا النظر فيه. المواد المركبة التي ظهرت في العامين الماضيين ، مثل المعدات الرياضية المصنوعة من قضبان فائقة وخفيفة الوزن ، وتكنولوجيا الأفلام التي ترتبط في بعض النواحي بصناعة المواد ومجالات الدوائر المتكاملة على سبيل المثال و مضافات الطلاء. جعلت هذه الحقول من الممكن بناء هياكل في الفضاء تشبه gossamer ولم نتمكن من فعل ذلك أبدًا حتى عقدين من الزمان قبل (الآن) وبمجرد أن تتمكن من خفض هذا النوع من الكتلة إلى مستوى منخفض جدًا ، لا يتطلب الكثير من القوة للحصول على بعض التسارع وبعض الدفع الجيد للخروج منه.
كيف يمكن للضوء أن يوفر قوة دفع لرقائق الألومنيوم في الفضاء؟
هذه خاصية رائعة للغاية يتمتع بها الضوء ؛ ليس له كتلة حقًا ، لذلك لا يمكنه الارتداد عن شيء ما ، ولكنه في الواقع يتفاعل مع العوائق ؛ إنه يضفي عليها زخمًا وقد وضع ذلك نظرية أينشتاين وقد تم إثبات ذلك في عدد من التجارب المعملية.
ما هي التكنولوجيا التي تختبرها في وكالة ناسا الآن؟
نحن نأخذ مفهومًا معينًا للشراع الشمسي وهو الشراع المربع ؛ لديها 4 أذرع تخرج وبين أذرع الرافعة عبارة عن أشرعة مثلثة وهذا النظام مصمم لحمل حمولات صغيرة الحجم نسبيًا: حمولة العلوم الروبوتية. نحن نبحث في عدة بعثات إلى النظام الشمسي الداخلي لدراسة فيزياء الشمس وكيفية تفاعلها مع الأرض.
لذلك سترسل شراعك الشمسي من موقعنا ؛ مدار الأرض ، أقرب إلى الشمس؟ يبدو نوعًا ما إلى الوراء بالنسبة لي.
حسنًا ، الدفع الذي يمكن أن ينتجه الشراع يتناسب مع قوة ضوء الشمس وكلما اقتربت من الشمس ، تزداد قوة هذا الدفع مع مربع المسافة كلما اقتربت ، لذا في الواقع ، تعمل أكثر من ذلك بكثير قريب من الشمس بكفاءة. البعثات التي تم التخطيط لها للنظر في النظام الشمسي الخارجي ؛ جميعهم تقريبًا شاركوا أولاً في الذهاب إلى النظام الشمسي الداخلي بالطيران بالقرب من الشمس والحصول على دفعة جيدة ثم الخروج. لكن المهمات على المدى القريب التي نتطلع إليها هي مهمات تحوم ؛ انهم لا يذهبون بسرعة حقا. هناك نقطة توازن بين جاذبية الأرض وجاذبية الشمس تسمى نقطة لاغرانج ، ولدينا أقمار صناعية في هذا الموقع هناك الآن. لا يتطلب ذلك أي دفع معين ، ولكن إذا كنت ترغب في الجلوس والتحليق في نقطة ما بالقرب من الشمس (للوصول إلى) تلك النقطة المعينة في الفضاء ، فيجب أن تتمتع ببعض قدرات الدفع ولعلمائنا اهتمام كبير في الرغبة في أن تكون في تلك المرحلة. يمكنك أن تتخيل كيف يمكن أن يكون هذا مكانًا مفيدًا لوضع بعض الأدوات بين الأرض والشمس لفهم كيفية وجود هذه الخاصية المادية.
حسنًا ، لذلك فهمت ؛ سيكون الأمر كما لو أن الشمس كانت مروحة وكان لديك شراعك وتركته ينجرف نحو الشمس لدرجة أن قوة الشمس المنبعثة منها متوازنة تمامًا لتثبيت الشراع الشمسي في هذه النقطة. لن تذهب أبعد من ذلك أو تقترب أكثر من ذلك.
حق. هذا صحيح.
ما نوع التجارب التي قد تكون مهتمًا بفعلها إذا أمكنك الاقتراب من ذلك والقدرة على الاحتفاظ بها في المحطة؟
أنا مهندس دفع ولست عالم أبحاث. يمكنهم القيام بعمل أفضل بكثير لشرح ما يدرسونه بالضبط ، ولكن بعض الأدوات التي يخططون لوضعها عليه تقيس الغلاف المغناطيسي ، فهم يقيسون الجسيمات عالية الطاقة أثناء مرورهم. من الأمور ذات الأهمية الخاصة استشعار القذف الكتلي الإكليلي ؛ هذه هي أحداث التوهج الكبيرة التي تحدث على الشمس ، والتي بمجرد وصولها إلى الأرض يمكن أن تعطل اتصالاتنا ويمكنها في الواقع إلحاق الضرر بالمعدات الإلكترونية الحساسة وتدميرها. تسبب مثل هذا التوهج في عام 1986 في أضرار تقدر بملايين الدولارات في أمريكا الشمالية وحدها ، لذلك نريد أن نكون قادرين على التنبؤ بهذه الأحداث عندما تحدث وإذا كان لدينا وقت تحذير كافٍ ، فيمكننا إيقاف تشغيل معداتنا أو في ظروف معينة ، والاحتفاظ بها من التعرض للأذى ، لذلك من المهم معرفة موعد القذف الكتلي الإكليلي.
ما الذي يمكن أن يحمله المستقبل لهذه التكنولوجيا ، مع القدرة على استكشاف النظام الشمسي الخارجي؟
حسنًا ، هذه نقطة جيدة. كما ذكرت للتو ، يمكن أن تكون هذه الانقباضات الجماعية الإكليلية ضارة جدًا لرواد الفضاء لدينا ، لذا فإن وكالة ناسا تتطلع في المستقبل القريب للعودة إلى القمر والمريخ الذي دار الكثير من النقاش حولهما. سنحتاج إلى أن نكون قادرين على التنبؤ بوقت حدوث هذه الأحداث (القذف الكتلي الإكليلي) حتى يتمكن رواد الفضاء لدينا من الوصول إلى ملاذات آمنة من تلك الأحداث ، لذلك سنحتاج على الأرجح إلى وضع هذه الأقمار الصناعية التحذيرية بالقرب من القمر والمريخ وربما حولها النظام الشمسي لتحذير في القيام بذلك. (بعد ذلك) في المستقبل هناك اهتمام كبير بالرغبة في فهم بنية نظامنا الشمسي خارج مدار بلوتو ، ولا سيما الهليوبوز ، والآن دخلت مركبة الفضاء فوييجر لتوها إلى تلك المنطقة ؛ كانت هناك بعض النتائج المثيرة للاهتمام بالعودة إلى هناك ؛ وهناك الكثير الذي نرغب في معرفته في تلك المنطقة من الفضاء. أبعد من ذلك مباشرة يوجد شيء يسمى سحابة أورت والتي من المفترض أنها منطقة الفضاء حيث يعيش الكثير من المذنبات التي نراها معظم حياتها ، لكنها تأتي أحيانًا إلى الشمس. لذلك هناك قدر كبير من العلم الذي يتعين القيام به ؛ المراقبة والاستكشاف وراء حواف النظام الشمسي.
هل سيكون أي شيء مختلفًا في بناء شراع شمسي عن ذلك الذي يمكن أن ينتقل إلى خارج النظام الشمسي ، فما الذي تعمل عليه الآن؟
لا يجب أن يكون كذلك. يمكنك أن تأخذ التكنولوجيا التي نتبعها الآن للقيام بإشارات القذف الكتلي الإكليلي ، ويمكنك إرسال هذا الشراع في مهمة. تكمن المشكلة في أن الأمر سيستغرق أو يزيد للوصول إلى غيوم أورت تلك والخروج إلى هليوبوز. إذا تمكنا من بناء شراع بترتيب من حيث الحجم أو عُشر الوزن لنفس المقدار من المساحة ؛ هذا يؤدي إلى أداء أفضل 10 مرات إذا صح التعبير ، ثم يمكننا القيام بنفس المهمة في نصف الوقت ، لذلك للبدء حقًا في التفكير في هذه المهمة ، سنرغب في بناء أشرعة عالية الأداء للقيام بذلك حقًا والقيام بذلك خلال حياتنا ، إن شئت.
ما هو الإطار الزمني الآن مع النموذج الأولي الذي تختبره وخططك المستقبلية؟
هذا شيء هناك الكثير من الدراسة الجارية في الوكالة في الوقت الحالي ؛ على وجه الخصوص ، هناك لجنة استشارية علمية تجتمع وتحدد أولوياتها العلمية والتي ستحدد تاريخ الحاجة إلى أن تكون الشراع جاهزة. متى يمكن أن يكون جاهزًا؟ حسنًا ، ما كنا نفعله على مدار السنوات الثلاث الماضية والذي بلغ ذروته في هذه الاختبارات في بلومبروك هو بذل قصارى جهدنا على الأرض لتصميم وتشغيل شراع شمسي في بيئة فضائية محاكاة. الخطوة التالية هي الصعود إلى الفضاء وستكون هذه خطوة مهمة. علينا حقًا أن نحلق على شراع شمسي ونرى كيف يعمل في الفضاء: الأحمال على هيكل الشراع أقل بكثير مما هي عليه هنا على الأرض. تضع الجاذبية حملاً على الأشرعة أعلى بمقدار 4000 مرة مما ستفعله الشمس. لذا فإن البيئة الحقيقية موجودة في الفضاء وعلينا أن نأخذها (الشراع) لاختبارها. يستغرق ذلك من 3 إلى 5 سنوات أخرى للقيام بهذا النوع من الأشياء ، وبعد ذلك سيكون جاهزًا للانضمام إلى مهمة علمية ؛ 3-5 سنوات مرحلة التخطيط والتطوير الاسمية للبعثات الفضائية. لذلك ، في غضون العقد القادم ، بالتأكيد ، أتوقع أن أرى شراعًا شمسيًا يطير.
