NASA se chystá vyslat do hlubokého vesmíru novou generaci sluneční plachty

Každý ví, že sluneční energie je na Zemi zdarma a téměř neomezená. Totéž platí i pro kosmické lodě operující ve vnitřní sluneční soustavě. Ve vesmíru však Slunce dokáže více než jen dodávat elektrickou energii, ale také vyzařovat nekonečný proud slunečního větru.

Solární plachty mohou tento vítr využít a poskytnout pohon kosmickým lodím. NASA se chystá otestovat novou konstrukci solární plachty, která může solární plachty ještě zefektivnit. Sluneční tlak prostupuje celou sluneční soustavou. Se vzdáleností slábne, ale je přítomen. Ovlivňuje všechny kosmické lodě včetně družic. Dramaticky ovlivňuje lety do vesmíru s delší dobou trvání.

Kosmickou loď na misi k Marsu může sluneční tlak během cesty vychýlit z kurzu o tisíce kilometrů. Tlak ovlivňuje také orientaci kosmických lodí, které jsou navrženy tak, aby se s ním vypořádaly. Ačkoli je sluneční tlak překážkou, můžeme ho využít ve svůj prospěch. Bylo vypuštěno a testováno několik kosmických lodí se sluneční plachtou, počínaje japonskou sondou Ikaros v roce 2010. Ikaros dokázal, že tlak záření ze Slunce v podobě fotonů lze využít k řízení kosmické lodi.

Nejnovější kosmickou lodí se sluneční plachtou je LightSail 2 společnosti Planetary Society, která byla vypuštěna v roce 2019. LightSail 2 byla úspěšná mise, která trvala více než tři roky. Kosmické lodě se sluneční plachtou mají oproti jiným kosmickým lodím některé výhody. Jejich pohonné systémy jsou velmi lehké a nikdy jim nedojde palivo. Kosmické lodě se slunečními plachtami mohou provádět mise levněji než jiné kosmické lodě a mohou vydržet déle, i když mají svá omezení.

Koncepce solární plachty je již ověřená, ale aby byla skutečně účinná, musí se technologie ještě zdokonalit. Důležitou součástí kosmické lodi se sluneční plachtou jsou její výložníky. Výložníky podpírají materiál plachty, čím jsou lehčí a pevnější, tím je kosmická loď účinnější.

Ačkoli jsou solární plachty mnohem lehčí než jiné kosmické prvky, tak hmotnost ráhen je stále překážkou.

    „Dosud byly ráhny a vzpěry buď těžké a kovové, nebo vyrobené z lehkého kompozitu s objemnou konstrukcí, ani jedno z toho se pro dnešní malé kosmické lodě nehodí.“ Keats Wilkie, hlavní výzkumník ACS3, NASA

NASA se chystá vypustit novou konstrukci sluneční plachty s lepší podpůrnou konstrukcí. Nazývá se Advanced Composite Solar Sail System (ACS3) a je tužší a lehčí než předchozí konstrukce ráhna. Je vyrobena z uhlíkových vláken a pružných polymerů.

Ačkoli mají solární plachty mnoho výhod, mají také kritickou nevýhodu. Vypouštějí se jako malé balíčky, které se musí rozvinout, než začnou pracovat. Tato operace může být plná obtíží a vyvolává stres u nebohé pozemní posádky, která musí čekat a sledovat, zda se to vůbec podaří.

ACS3 odstartuje s dvanácti jednotkami (12U) CubeSat, které postavila společnost NanoAvionics. Hlavním cílem je demonstrovat nasazení výložníku, ale tým ACS3 také doufá, že mise prokáže, že jejich kosmická loď se sluneční plachtou funguje.

Pro změnu směru letu naklání kosmická loď své plachty. Pokud bude nasazení ráhna úspěšné, tým ACS3 doufá, že se s kosmickou lodí podaří provést několik manévrů, při nichž se plachty natočí pod úhlem a změní se oběžná dráha kosmické lodi. Cílem je sestrojit větší plachty, které by mohly generovat větší tah.

    „Doufáme, že nové technologie ověřené na této kosmické lodi budou inspirovat ostatní k jejich využití způsoby, o kterých jsme dosud ani neuvažovali.“ Alan Rhodes, vedoucí systémový inženýr ACS3, Amesovo výzkumné středisko NASA.

Konstrukce ramene ACS3 je vytvořena tak, aby překonala problém s rameny. Jsou buď těžká a tenká, nebo lehká a neskladná. „Výložníky byly obvykle buď těžké a kovové, nebo vyrobené z lehkého kompozitu s objemnou konstrukcí, ani jedno z toho se pro dnešní malé kosmické lodě nehodí,“ řekl Keats Wilkie z NASA. Wilke je hlavním řešitelem projektu ACS3 v Langley Research Center.

„Sluneční plachty potřebují velmi velké, stabilní a lehké výložníky, které se dají kompaktně složit. Ráhna této plachty mají tvar trubky a lze je zmačkat na plocho a srolovat jako metr do malého balíčku, přičemž nabízejí všechny výhody kompozitních materiálů, jako je menší ohýbání a ohýbání při změnách teploty.“

ACS3 bude vypuštěna raketou Electron z odpalovacího komplexu společnosti Rocket Lab na Novém Zélandu. Zamíří na synchronní oběžnou dráhu ve výšce 1 000 km nad Zemí. Po příletu kosmická loď rozvine ráhna a nasadí plachtu. Nasazení plachty s plochou pro sběr fotonů 80 metrů čtverečních, tedy asi 860 čtverečních stop, potrvá asi 25 minut. To je mnohem více než u LightSail 2, která měla plochu plachty 32 metrů čtverečních, tedy asi 340 stop čtverečních.

Jak se plachta rozkládá, kamery na kosmické lodi budou sledovat a monitorovat její tvar a symetrii. Údaje z manévrů budou využity pro budoucí návrhy plachet.

„Sedm metrů rozvinutých ráhen se může srolovat do tvaru, který se vám vejde do ruky,“ řekl Alan Rhodes, vedoucí systémový inženýr mise v Amesově výzkumném středisku NASA. „Doufáme, že nové technologie ověřené na této kosmické lodi budou inspirovat ostatní k jejich využití způsoby, o kterých jsme dosud ani neuvažovali.“

ACS3 je součástí programu NASA Small Spacecraft Technology. Cílem programu je rychlé nasazení malých misí, které demonstrují jedinečné schopnosti. Díky unikátním ráhnům z kompozitních a uhlíkových vláken má systém ACS3 potenciál podporovat plachty o velikosti od 2 000 metrů čtverečních, zhruba do 21 500 metrů čtverečních. To je přibližně polovina plochy fotbalového hřiště.

S velkými plachtami se mění typy misí, které mohou pohánět. Zatímco dosud byly solární plachty malými demonstračními modely, systém může potenciálně pohánět některé vážné vědecké mise.

„Slunce bude hořet ještě miliardy let, takže máme neomezený zdroj pohonu. Místo vypouštění obrovských palivových nádrží pro budoucí mise můžeme vypouštět větší plachty, které využívají již dostupné „palivo“,“ řekl Rhodes. „Předvedeme systém, který tento hojný zdroj využije k dalším velkým krokům v oblasti výzkumu a vědy.“

Kosmické lodě se solárními plachtami nemají takový okamžitý tah jako chemické nebo elektrické pohonné systémy. Tah je však konstantní a nikdy se nezmění. Mohou dělat věci, které jiné sondy nedokážou, například zaujímat jedinečné pozice, které jim umožňují studovat Slunce. Mohou sloužit jako systémy včasného varování před výrony koronální hmoty a slunečními bouřemi, které představují nebezpečí.

Nové kompozitní výtrysky mají i další využití. Protože jsou tak lehké, pevné a kompaktní, mohly by sloužit jako konstrukční rámec pro lunární a marsovské habitaty. Mohly by být použity i k podpírání jiných konstrukcí, například komunikačních systémů. Pokud bude systém fungovat, kdo ví, k jakým dalším aplikacím může sloužit?

„Tato technologie podněcuje představivost, nově pojímá celou myšlenku plachtění a aplikuje ji na cesty do vesmíru,“ řekl Rudy Aquilina, vedoucí projektu mise solárních plachet v NASA Ames. „Demonstrace schopností solárních plachet a lehkých kompozitních ráhen je dalším krokem k využití této technologie pro inspiraci budoucích misí.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: universetoday.com/, youtube.com