Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στο περιοδικό Supercluster, ένα δικτυακό τόπο αφιερωμένο στη μεγαλύτερη ιστορία του κοσμικού κόσμου.
Ο Carl Sagan ονειρευόταν την πλοήγηση στο ηλιακό σύστημα σε πανιά που ωθούνταν από ριπές του ηλιακού φωτός, που διαρρέουν από το αστέρι μας.
Τώρα, η Πλανητική Εταιρεία, με επικεφαλής τον Διευθύνοντα Σύμβουλο Bill Nye "ο Επιστήμονας", στοχεύει να βοηθήσει να γίνει αυτό το όνειρο πραγματικότητα με ένα δορυφόρο όχι μεγαλύτερο από ένα παπούτσι. Αυτά τα "ηλιακά πανιά", τα οποία έχουν δοκιμαστεί μόνο λίγες φορές, μπορεί μια μέρα να μεταφέρουν διαστημόπλοια σε άλλους πλανήτες ή ακόμα και σε άλλα συστήματα αστέρων.
Η επόμενη φάση της ηλιακής ιστιοπλοΐας ξεκίνησε στις 24 Ιουνίου, όταν ένας πυροσβεστήρας SpaceX Falcon Heavy έριξε το μαξιλάρι εκτόξευσης στο Κένεντι Space Center της Φλόριντα. Στερεωμένο μέσα στον μαζικό του κώνο μύτης, ανάμεσα σε δώδεκα άλλους δορυφόρους, κάθισε ένα μικροσκοπικό διαστημόπλοιο: μια συσκευή μεγέθους ψωμιού που σχεδιάστηκε για να προωθηθεί από τα πανιά που τροφοδοτούν την πίεση του ηλιακού φωτός.
Το σκάφος, που ονομάστηκε LightSail 2, θα μπορούσε να είναι η αρχή μιας νέας εποχής διαστημικής πτήσης - μία από την οποία τα διαστημόπλοια παραιτούνται από τους πυραυλικούς κινητήρες για τους οποίους βασίζονται επί δεκαετίες και ταξιδεύουν κομψά στους ανέμους της ηλιοφάνειας. Περίπου επτά ημέρες μετά την εκτόξευση, το LightSail 2 θα εξέλθει από το δοχείο του, θα επεκτείνει τέσσερις βραχίονες 13 ποδιών και θα αναπτύξει τέσσερα φύλλα τύπου Mylar που σχηματίζουν κάτοπτρα που σχηματίζουν συλλογικά ένα ιστιοφόρο ιστιοφόρο 340 τετραγωνικών ποδιών. Το επόμενο μέρος είναι καθαρή κοσμική μαγεία.
Σύμφωνα με την Πλανητική Εταιρεία, το LightSail 2 θα είναι το πρώτο σκάφος για πλοήγηση αυστηρά από το φως ενώ βρίσκεται στην τροχιά της Γης. Το LightSail θα κολλήσει στη συνέχεια σαν ιστιοφόρο για να αυξήσει το υψόμετρο του, γεγονός που θα του αποφέρει τη διάκριση ότι είναι το πρώτο διαστημικό σκάφος που πλέει σε μια μεγαλύτερη τροχιά γύρω από τον πλανήτη μας. Αυτό το κατόρθωμα της ουράνιας ναυσιπλοΐας θα μπορούσε να είναι ένα ακόμη βήμα προς το όνειρο του Carl Sagan να ταξιδεύει σε όλο το σύμπαν σε ανακλαστικά πανιά που κινούνται από δέσμες φωτός.
**********
Εάν κρατάτε τα χέρια σας στον ήλιο, τι αισθάνεστε; Θερμότητα. Αλλά κρυμμένο ανάμεσα στη ζεστασιά είναι μια πίεση τόσο λεπτή που ποτέ δεν θα το προσέξετε. Το ίδιο το φως ασκεί μια δύναμη, όπως ένα θυελλώδες αεράκι, αλλά είναι τόσο λεπτή που ποτέ δεν θα παρατηρούσατε. Στη Γη είναι σχεδόν ισοδύναμη με ένα χάρτινο κλιπ που ακουμπά στα χέρια σας.
Αλλά στο εγγύς κενό του χώρου, ακόμη και μια λεπτή πίεση, όπως αυτή μπορεί να έχει μια σημαντική επίδραση καθώς ωθεί συνεχώς, ώρα με ώρα, μέρα με τη μέρα. Και σε αντίθεση με τα καύσιμα πυραύλων, υπάρχει μια ελεύθερη και πρακτικά απεριόριστη προσφορά ηλιακού φωτός. Εάν μπορούμε να εκμεταλλευτούμε αυτήν την εξουσία, μπορούμε να την χρησιμοποιήσουμε. όλα που χρειαζόμαστε είναι πανιά. Όπως και οι ναυτικοί των παλαιών, τα μελλοντικά διαστημικά οχήματα (και οι διαστημικοί ταξιδιώτες) θα μπορούσαν να προωθούνται μέσα στην τεράστια κοσμική έκταση με τη βοήθεια του ήλιου - ή τουλάχιστον έτσι το οραματίστηκε ο Σάγκαν.
Διάγραμμα ενός διαστημικού λεωφορείου που απελευθερώνει ένα ελαφρύ πανί από το φορτίο του. (JPL) Ο Σάγκαν είχε ένα μεγάλο όραμα για το μέλλον της διαστημικής εξερεύνησης, φαντάζοντας ότι οι αστρο-ναυτικοί θα συμμετείχαν σε διαγαλαξιακούς regattas, αγωνιζόμενοι τα διαστημόπλοιά τους μέσα από το σύμπαν αξιοποιώντας τη δύναμη του φωτός του αστέρα. Αλλά δεν ήταν ο πρώτος που φανέρωσε την ιστιοπλοΐα από το φως.
Πριν από τέσσερις αιώνες, ένας κομήτης έσκαψε τον ουρανό, τραβώντας την προσοχή του Γερμανού αστρονόμου Johannes Kepler. Παρατήρησε ότι η ουρά του κομήτη φαινόταν να απλώνεται πίσω του. Το ηλιακό φως, σκέφτηκε, πρέπει να θερμαίνει τον κομήτη και το ελεύθερο υλικό από την επιφάνεια του. Αυτή η έξυπνη παρατήρηση ώθησε τον Κέπλερ να σκεφτεί ότι το ηλιακό φως μπορεί να είναι μια χρήσιμη μορφή προώθησης.
«Παρέχετε πλοία ή πανιά προσαρμοσμένα στις ουράνιες αύρες και θα υπάρχουν κάποιοι που θα τολμούν ακόμα και αυτό το κενό», έγραψε στον Γαλιλαίο το 1608.
Ο Κέπλερ έζησε στη μέση μιας επιστημονικής αναγέννησης, σε μια εποχή κατά την οποία η ανθρωπότητα άρχισε να συνειδητοποιεί τη θέση της στον Κόσμο. Η Γη δεν ήταν το κέντρο του ηλιακού συστήματος, αλλά στην πραγματικότητα ένας από τους πολλούς πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από ένα από τα πολλά αστέρια. Δεδομένου ότι τα πλοία - μια κοινή μορφή ταξιδιού την εποχή εκείνη - οδηγούνται από τους ανέμους, φαίνεται φυσικό ότι ο Κέπλερ θα οραζόταν ότι οι άνθρωποι που διασχίζουν το διάστημα με τον ίδιο τρόπο που οι ναυτικοί κατευθύνονται στις θάλασσες.
Αλλά θα χρειαστούν αιώνες για να γίνουν πραγματικότητα τα όνειρα του Κέπλερ.
Το 1865 ο James Clerk Maxwell έδειξε στον κόσμο ότι το φως περιείχε πακέτα ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια και τα φωτόνια είχαν ορμή που θα μπορούσε να μεταφερθεί σε άλλα αντικείμενα. Εάν ένα φωτόνιο ήρθε σε επαφή με ένα αντικείμενο όπως ένα γυαλιστερό ηλιακό πανί, θα μεταφέρει μέρος της ενέργειας του και θα σπρώξει το πανί προς τα εμπρός.
Διάφορα ελαφριά σχέδια σχήματος πανιού. (Raquel Scoggin / Supercluster) Με την πρόοδο στην πυραυγή μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο και με την εκτόξευση του Sputnik το 1957, η ιδέα της εξερεύνησης του κόσμου άλλαξε ξαφνικά από την επιστημονική φαντασία στην πραγματικότητα και η ηλιακή ιστιοπλοΐα φαινόταν για άλλη μια φορά σαν μια δελεαστική μορφή προώθησης.
Σύντομα μετά την ίδρυσή της, η NASA άρχισε να σχεδιάζει μια σειρά από φιλόδοξες διαστημικές αποστολές, συμπεριλαμβανομένης της χρηματοδότησης αρκετών μελετών για την ηλιακή πλεύση. Στη δεκαετία του 1970, ένα σχέδιο εκκολάφθηκε για συνάντηση με έναν κομήτη - τον ίδιο κομήτη που ο Κέπλερ κατασκοπεύει στον ουρανό αιώνες νωρίτερα. Αυτό το διαστημικό σκάφος θα είναι εξοπλισμένο με ηλιακό ιστίο, χρησιμοποιώντας την ενέργεια του ήλιου για να κάνει το ταξίδι του. Δυστυχώς, το σχέδιο καταργήθηκε πριν φτάσει στο πεδίο εκτόξευσης, αλλά η ιδέα της ηλιακής ιστιοπλοΐας θα ζήσει.
Ο Lou Freedman, μηχανικός της NASA που εργάστηκε σε αυτή την αποσταθεροποιημένη αποστολή, εξακολουθούσε να είναι πεπεισμένος ότι η ηλιακή ιστιοπλοΐα ήταν μια βιώσιμη μορφή προώθησης. Αυτός (μαζί με τον Carl Sagan και τον Bruce Murray, πρώην επικεφαλής του εργαστηρίου Jet Propulsion Laboratory της NASA) συνένωσαν την Πλανητική Εταιρεία το 1980 σε μεγάλο βαθμό για να μετατρέψουν την ηλιακή πλεύση σε πραγματικότητα.
"Η ηλιακή ιστιοπλοΐα γενικά έχει υφανθεί στο DNA της Πλανητικής Εταιρείας από τότε που ακόμη ιδρύσαμε", λέει ο Supercluster της Jennifer Vaughn, επικεφαλής της εταιρείας. "Και οι τρεις ιδρυτές μας είχαν ένα χέρι στα αρχικά στάδια της ηλιακής ιστιοπλοΐας."
**********
Η αποτύπωση πώς να οικοδομήσουμε ένα τεράστιο, εξαιρετικά ελαφρύ ηλιακό πανί και στη συνέχεια να το ξεκινήσουμε με ευκολία στο χώρο θα αποδειχθεί μεγάλη πρόκληση. Αλλά η ομάδα επέμενε και η πρώτη πτώση της κοινωνίας στην ηλιακή ιστιοπλοΐα τελικά έπληξε το σκάφος εκτόξευσης το 2005 με τη μορφή ενός διαστημοπλοίου που ονομάζεται Cosmos 1. Δυστυχώς, ο πιθανός δορυφόρος δεν το έκανε να τροχιά, συντρίβοντας κοντά στη Ρωσία στο Μπάρεντς Θάλασσα. Δέκα ακόμη χρόνια θα περάσουν πριν η Πλανητική Εταιρεία πετύχει την πρώτη τους επιτυχία στην ηλιακή ναυσιπλοΐα.
Διάγραμμα ενός ηλιακού πανιού. (JPL) Οι υπεύθυνοι αποστολών επέστρεψαν στο σχέδιο και αποφάσισαν να σκέφτονται μικρότερες για την επόμενη απόπειρά τους. Κούμπες - που είναι περίπου το μέγεθος ενός ψωμιού ψωμιού - είχαν ξεσπάσει στη σκηνή διαστημικής πτήσης, προσφέροντας μια φθηνότερη εναλλακτική λύση σε παραδοσιακούς, ογκώδεις δορυφόρους.
Σύμφωνα με τον Bill Nye, η έλευση του CubeSats στην πραγματικότητα οδήγησε στην τρέχουσα πλατεία σχεδιασμό πανιών. "Ένα τετράγωνο ιστίο αποδεικνύεται αρκετά καλό σημείο εκκίνησης και αρκετά καλό σχέδιο", δήλωσε ο Nye στο Supercluster.
Το σκάφος που προέκυψε, με το όνομα LightSail 1, ήταν μια κλιμακωτή έκδοση του Cosmos 1. Αυτός ο μίνι δορυφόρος μεγέθους shoebox ξεκίνησε το 2015, βγάζοντας μια βόλτα σε έναν πυραύλο Atlas V και πετούμενος σε τροχιά παράλληλα με το αεροπλάνο X-37B .
Κάποτε στην τροχιά, το LightSail 1 απέδειξε ότι θα μπορούσε να αναπτύξει με επιτυχία το πανί του στο κενό του χώρου. Αλλά ο μικροσκοπικός δορυφόρος αντιμετώπισε μια πληθώρα προβλημάτων, συμπεριλαμβανομένων προβλημάτων λογισμικού, απώλειες σήματος και ζητήματα μπαταριών κατά τη διάρκεια της αποστολής του. Μετά από έναν θορυβώδη χρόνο στην τροχιά χαμηλής γης, το μικροσκοπικό σκάφος ανέπτυξε τον ομώνυμο ιστό: τέσσερα λαμπερά ιστιοφόρα πλέγματα, αποδεικνύοντας ότι μπορείτε να τοποθετήσετε ένα παντελόνι σε ένα μικρό πακέτο.
Παρά τις οπισθοδρομήσεις, ως επίδειξη τεχνολογίας, το LightSail 1 ήταν επιτυχημένο. Για να γιορτάσει, έστειλε πίσω το απόλυτο selfie. Αλλά, επίσης, έβλεπαν τους ανθρώπους να κοιτάνε προς τα πάνω, προσπαθώντας να εντοπίσουν το σκάφος καθώς ανέβαινε πάνω από τη Γη. Ο Νye μπόρεσε ακόμη να εντοπίσει το μικροσκοπικό δορυφόρο που λάμπει τη νύχτα καθώς περνούσε από τον ουρανό του New York City.
Με πολύ λίγα σωματίδια για να επιβραδύνει ένα ελαφρύ πανί κάτω με οπισθέλκουσα, θα μπορούσε να επιταχύνει ένα διαστημικό σκάφος σε πολύ υψηλές ταχύτητες με την πάροδο του χρόνου. (Raquel Scoggin / Supercluster) Η επίτευξη αυτού του στόχου ήταν ένα τεράστιο επίτευγμα για την Πλανητική Εταιρεία, μια μη κερδοσκοπική εταιρεία που δημιουργήθηκε για να βοηθήσει στην προώθηση της επιστήμης και της εξερεύνησης του διαστήματος. "Ο χώρος μας φέρνει το καλύτερο σε εμάς", λέει ο Bill Nye. "Καλεί όλους τους ανθρώπους και όλες τις εθνικότητες".
Περισσότερα από 40.000 μέλη της Πλανητικής Εταιρείας έχουν υποστηρίξει αυτή την αποστολή (και την ανάπτυξη της ηλιακής ιστιοπλοΐας), δωρίζοντας από $ 5 έως περισσότερα από $ 1 εκατομμύριο για τη χρηματοδότηση της οργάνωσης.
"Είναι εξαιρετικά σπάνιο να έχουμε την ευκαιρία να συμμετάσχουμε στα πρώτα στάδια μιας νέας τεχνολογίας πρόωσης διαστημικών οχημάτων", λέει ο Bruce Betts, διευθυντής αποστολής LightSail. "Δεν υπάρχουν τόσα πολλά. Όντας στις αρχικές φάσεις, τα πρώτα βήματα της ηλιακής ιστιοπλοΐας είναι μια μεγάλη τιμή. "
**********
Με την πάροδο των ετών, ενώ η Πλανητική Εταιρεία χτίζει τα ιστιοπλοϊκά τους πλοία, άλλοι σε ολόκληρο τον πλανήτη έχουν βάλει επίσης.
Μια αποστολή δοκιμής του 2015 που ονομάζεται CubeSail, που κατασκευάστηκε από το διαστημικό κέντρο του Surrey στο Ηνωμένο Βασίλειο, ξεκίνησε, αλλά απέτυχε να αναπτυχθεί σωστά. Τρεις άλλες μικρές αποστολές ιστίων - το NanoSail-D της NASA, το Canx-7 του Καναδά και το InflateSail του Surrey - είχαν κάποια επιτυχία, αλλά όπως και το LightSail 1, οι αποστολές τους περιορίστηκαν στην τροχιά χαμηλής γης.
Διάγραμμα ενός ηλιακού πανιού. (JPL) Η Ιαπωνία είχε την μεγαλύτερη επιτυχία με την ηλιακή ιστιοπλοΐα μέχρι στιγμής, όπως είναι το Διαπλανητικό Κίτρινο σκάφος που επιταχύνθηκε από την ακτινοβολία του ήλιου (ΙΚΑΡΟΣ) που ξεκίνησε σε τροχιά γύρω από τον ήλιο το 2010. Μόλις βρεθεί σε βαθύ χώρο, περιστρέφεται με πλάτος 46 ποδιών πλατεία ιστιοφόρο και, για πρώτη φορά στην ιστορία, άρχισε να κατευθύνει και να αλλάζει την ταχύτητά του με τη δύναμη της ηλιοφάνειας.
Το διαστημικό σκάφος είχε επίσης ενσωματωμένα ηλιακά κύτταρα στο πανί του σε σχήμα χαρταετούς για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Τα κύτταρα δεν αναμένεται να παράγουν μεγάλη ισχύ κατά τη διάρκεια της πτήσης, αλλά αντ 'αυτού βοήθησαν να χρησιμεύσουν ως δοκιμαστική κλίνη για μελλοντικούς κινητήρες ιόντων πρόωσης.
Ο ΙΚΑΡΟΣ πέρασε τα επόμενα τρία χρόνια, μετρώντας την επιτάχυνση του λόγω ελαφριάς πίεσης. Επίσης, εξέτασε διάφορους τρόπους για να ελέγξει την κίνηση του χρησιμοποιώντας υγρούς κρυστάλλους (που μοιάζουν με μια ηλεκτρονική οθόνη LCD) ενσωματωμένο στο πανί που θα μπορούσε να ρυθμίσει την ανακλαστικότητα του σκάφους και να αλλάξει την ταχύτητά του. Η ηλεκτρική ενέργεια που ρέει μέσα από τα πάνελ αύξησε την ανακλαστικότητα, επιτρέποντας στο διαστημικό σκάφος να επιταχύνει προς τα εμπρός, ενώ στρέφοντας τη ροή, έκανε την ηλιακή ακτινοβολία πιό διάχυτη.
Οι Ιάπωνες διαδηλωτές του χώρου λένε ότι ο ΙΚΑΡΟΣ ήταν σε θέση να προσαρμόσει την πορεία και τον προσανατολισμό του πριν το προγραμματισμένο τέλος της αποστολής το 2015. Η επαφή με την ΙΚΑΡΟΣ χάθηκε, αλλά η επακόλουθη παρακολούθηση δείχνει ότι το ηλιακό ιστίο συνεχίζει να βγάζει γύρω από τον ήλιο μεταξύ της Γης και της Αφροδίτης, και το σχήμα της τροχιάς του συνεχίζει να αλλάζει ως αποτέλεσμα αλλαγών στην ελαφριά πίεση.
Αλλά μαζί με τις επιτυχίες της, τα στοιχεία της IKAROS δείχνουν ότι έχουμε ακόμα πολύ δρόμο να προχωρήσουμε πριν κατανοήσουμε το πλήρες δυναμικό της ηλιακής ιστιοπλοΐας. Η Πλανητική Εταιρεία ελπίζει ότι αν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, το LightSail 2 θα βοηθήσει να μετατραπούν τα ηλιακά πανιά σε μια αξιόπιστη, χαμηλού κόστους, μηδενική προωθητική μέθοδο πτήσης μέσα από το διάστημα.
Από εκεί, οι δυνατότητες είναι σχεδόν απεριόριστες. Με ένα ελαφρύ πανί, ένα διαστημόπλοιο θα μπορούσε να μεταβεί στο φεγγάρι, στους αστεροειδείς, στον Δία - οπουδήποτε φυσάει ο άνεμος του φωτός, χωρίς καύσιμο καθόλου.
