אם אנחנו רוצים לנסוע לכוכבים, נצטרך להיות יצירתיים. רקטות קונבנציונליות אינן כמעט חזקות מספיק כדי לאפשר לנו לנסוע לאורך שנות אור בזמן סביר. אולי אפילו רקטות גרעיניות לא יספיקו. אז מה האנושות לעשות? התשובה יכולה להיות הפלגה קלה.
גרף של משוואת רקטת ציולקובסקי ליחסי מסה. קרדיט: משתמש ויקיפדיה Krishnavedala
האתגר של כל מסע בחלל מסתכם delta-v. כלומר, כמה אתה יכול לשנות את המהירות שלך ביחס למהירות של כדור הארץ. כדי להשיג דלתא-v, אתה צריך דחף כלשהו. רקטות הן דרך מצוינת להשיג דלתא-v, אבל יש להן חיסרון אחד גדול. צריך לשאת איתך דלק רקטות, וזה אומר שככל שאתה רוצה לנסוע מהר יותר, אתה צריך לשאת יותר דלק. במילים אחרות, ככל שהדלתא-v גדול יותר, כך יחס המסה למטען גדול יותר.
אתה יכול להפחית את היחס הזה עם רקטה יעילה, ויש טריקים כמו תמרוני טיסות שמשמשים רבים מחשדות החלל שלנו. אבל כל זה לא יביא אותך לשבריר ממהירות האור, וזו המהירות שספינת חלל בין-כוכבית תצטרך. אז אם הבעיה היא בצורך שלך לשאת דלק, למה לא להיפטר מהצורך בדלק לגמרי?
מראה יפה! בתמונה זו, המפרש הסולארי של LightSail 2 נפרס כמעט במלואו ב-23 ביולי. עדשת מצלמת עין הדג גורמת למפרש להיראות מעוות. קרדיט תמונה: החברה הפלנטרית
זה המקום שבו מפרשים קלים נכנסים לתמונה. במקום ליצור דחף על ידי זריקת גז חם מתוך פיית רקטה, מפרשים קלים מחזירים אור שמש, או אור מלייזר חזק. לפוטונים של האור אין מסה, אבל יש להם תנע. כאשר פוטונים פוגעים במשטח, זה נותן למשטח זה דחיפה זעירה. זה קורה על כדור הארץ כל הזמן, אבל אנחנו אף פעם לא שמים לב לזה כי הדחיפה קטנה במיוחד.
אנחנו יודעים שהרעיון יכול לעבוד. ב-2015, ושוב ב-2019, החברה הפלנטרית השיקה מפרשי מבחן קלים כהוכחה לקונספט. הם הראו שניתן להשתמש באור השמש כדי להגביר את מסלולו של לוויין קטן. אבל יש עוד דרך ארוכה לפני שמפרשים קלים יהיו מעשיים.
כדי לקבל דחיפה רצינית מהאור, המפרש הקל שלך יצטרך להיות ענק. בסדר גודל של קילומטרים לרוחב, אפילו עבור חללית קטנה. עם חומר כמו מיילר רפלקטיבי, למפרש תהיה כל כך הרבה מסה שרוב הדחף שנרכש יתבזבז על המפרש עצמו. מה שאנחנו צריכים זה חומר קל במיוחד שעדיין חזק מספיק כדי לעשות את העבודה.
מפרש קל ברוחב 3 מ'מ עשוי גרפן. קרדיט: ר. סנטיאגו חוסה קרטמיל-בואנו
לאחרונה בצוות הסתכלו על אחד החומרים הקלים ביותר שיכולנו להשתמש בהם: גרפן. גרפן הוא יריעה של אטומי פחמן בתבנית אריח משושה. זה חזק להפליא ויכול ליצור מפרש קל בעובי של אטום אחד בלבד. נכון לעכשיו, אנחנו יכולים לייצר רק יריעות קטנות של גרפן, אז הצוות בנה מפרש קל מיניאטורי בקוטר 3 מ'מ בלבד ובמסה של פחות מ-250 מיקרוגרם. לאחר מכן, הצוות הניח את המפרש הקטן שלהם בתא מיקרו-כבידה והאיר אותו בלייזרים בעוצמה של 0.1 ואט עד 1 וואט. המפרש קיבל תאוצה גדולה פי עשרה ממה שהוא יכול היה להשיג רק על ידי הקרנת חום.
המפרש הקל עבד. המחקר הוא הדגמה טובה לכך שמפרש גרפן יכול לתפוס את דחיפת האור. האתגר הבא והגדול יותר הוא להגדיל את גודלו של מפרש גרפן. נוצרו יריעות גרפן גדולות יותר, אבל לא בקנה מידה קרוב לקילומטר. נסיעה בין כוכבית עדיין רחוקה, אך כעת אנו יודעים שיכול להיות אור בקצה המנהרה.
התייחסות:גאודנזי, רוקו, דויד סטפני וסנטיאגו חוסה קרטמיל-בואנו. ' הנעה הנגרמת על ידי אור של מפרשי גרפן על רשת במיקרו-כבידה .'חוק האסטרונאוטיקה(2020).