Stellen Sie sich ein solarbetriebenes Segel vor, das ein Raumschiff durch das Vakuum des Weltraums treiben könnte wie ein Wind, der ein Segel hier auf der Erde antreibt. Die NASA und andere Weltraumagenturen nehmen die Idee ernst und arbeiten an verschiedenen Prototypentechnologien. Edward Montgomory ist der Technology Area Manager für Solar Sail Propulsion bei der NASA. Sie haben gerade ein 20-Meter-Segel im Plum Brook-Werk des Glenn-Forschungszentrums in Sandusky, Ohio, getestet.
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Fraser Cain - Können Sie mir Hintergrundinformationen zu Sonnensegeln im Allgemeinen geben?
Edward Montgomery - Dies ist eine Technologie, an der unsere Agentur seit einiger Zeit interessiert ist, aber die Geschichte reicht mehrere hundert Jahre bis zu Fredrick Sander um die Jahrhundertwende (19. Jahrhundert) zurück. In jüngerer Zeit haben wir festgestellt, dass Fortschritte in einigen bestimmten Bereichen es zu etwas gemacht haben, das wir wirklich untersuchen müssen. Die Verbundwerkstoffe, die in den letzten Jahren auf den Markt gekommen sind, wie beispielsweise Sportgeräte, die aus Ultra-, Leichtbaustangen und Folientechnologie bestehen und in gewisser Weise mit der Materialindustrie und den Bereichen integrierte Schaltkreise in Verbindung stehen Farbzusätze. Diese Felder haben es möglich gemacht, Strukturen im Weltraum zu bauen, die hauchdünn sind, und wir haben das erst vor ein paar Jahrzehnten (jetzt) wirklich geschafft, und wenn man die Art der Masse wirklich niedrig halten kann, dann ist es das Es braucht nicht viel Kraft, um etwas Beschleunigung und guten Antrieb herauszuholen.
Wie kann Licht Aluminiumfolie im Weltraum antreiben?
Das ist eine sehr faszinierende Eigenschaft, die Licht hat. Es hat nicht wirklich Masse, kann also nicht von etwas abprallen, aber tatsächlich interagiert es mit Hindernissen. es verleiht ihm Schwung, und dies wurde von Einstein theoretisiert und in einer Reihe von Laborexperimenten bewiesen.
Welche Technologie testen Sie gerade bei der NASA?
Wir nehmen ein bestimmtes Sonnensegelkonzept, nämlich ein quadratisches Segel. Es hat 4 Ausleger, die herauskommen, und zwischen den Auslegern befinden sich dreieckige Segel. Dieses System ist für Nutzlasten mit relativ geringer Größe ausgelegt: die Robotic Science-Nutzlast. Wir betrachten verschiedene Missionen zum inneren Sonnensystem, um die Physik der Sonne und ihre Wechselwirkung mit der Erde zu untersuchen.
Sie würden also Ihr Sonnensegel von unserer Position aus einschicken. die Erdumlaufbahn, näher an der Sonne? Klingt für mich irgendwie rückwärts.
Nun, der Schub, den das Segel erzeugen kann, ist proportional zur Stärke des Sonnenlichts. Wenn Sie sich der Sonne nähern, steigt die Stärke dieses Antriebs als Quadrat der Entfernung, wenn Sie näher kommen, sodass er tatsächlich viel mehr funktioniert effizient in der Nähe der Sonne. Die Missionen, die geplant wurden, um das äußere Sonnensystem zu betrachten; Fast alle von ihnen haben sich zuerst mit dem inneren Sonnensystem befasst, das in der Nähe der Sonne fliegt, einen guten Schub bekommt und dann ausgeht. Aber die kurzfristigen Missionen, die wir betrachten, sind Missionen, die schweben; Sie gehen nicht wirklich schnell. Es gibt einen Gleichgewichtspunkt zwischen der Anziehungskraft der Erde und der Anziehungskraft der Sonne, der als Lagrange-Punkt bezeichnet wird, und wir haben dort jetzt Satelliten. Das erfordert keinen bestimmten Antrieb, aber wenn Sie irgendwann näher an der Sonne sitzen und schweben möchten (um an diesen bestimmten Punkt im Weltraum zu gelangen), müssen Sie über einige Antriebsfähigkeiten verfügen, und unsere Wissenschaftler haben ein starkes Interesse an diesem Punkt sein zu wollen. Sie können sich vorstellen, wie vorteilhaft dies sein könnte, um einige Instrumente zwischen Erde und Sonne zu stellen, um zu verstehen, wie diese physikalische Eigenschaft ist.
Ok, ich verstehe; Es wäre, als ob die Sonne ein Fächer wäre und Sie Ihr Segel hätten und es in Richtung Sonne treiben lassen, bis die Kraft der Sonnenenergie perfekt ausbalanciert ist, um das Sonnensegel an dem Punkt zu halten. Es würde nicht weiter gehen oder näher kommen.
Recht. Das ist richtig.
Welche Art von Experimenten würden Sie interessieren, wenn Sie so nahe kommen und in der Lage wären, Station zu halten?
Ich bin ein Antriebsingenieur, kein Forscher. Sie können viel besser erklären, was sie gerade studieren, aber einige der Instrumente, die sie darauf setzen wollen, messen die Magnetosphäre, sie messen hochenergetische Partikel im Vorbeigehen. Von besonderem Interesse ist die Erfassung koronaler Massenauswürfe; Dies sind die großen Fackelereignisse, die auf der Sonne auftreten und die, sobald sie die Erde erreichen, unsere Kommunikation wirklich stören und empfindliche elektronische Geräte beschädigen und zerstören können. Eine solche Fackel im Jahr 1986 verursachte allein in Nordamerika mehrere Millionen Dollar Schaden. Wir möchten diese Ereignisse vorhersagen können, wenn sie eintreten, und wenn wir genügend Warnzeit haben, können wir unsere Ausrüstung ausschalten oder unter bestimmten Bedingungen behalten Daher ist es wichtig zu wissen, wann ein koronaler Massenauswurf bevorsteht.
Was könnte die Zukunft für diese Technologie bedeuten, wenn man das äußere Sonnensystem erforschen könnte?
Das ist ein guter Punkt. Wie ich gerade erwähnte, können diese koronalen Massenauswürfe auch für unsere Astronauten sehr schädlich sein, so dass die NASA in naher Zukunft darauf abzielt, zum Mond und Mars zurückzukehren, über die viel diskutiert wurde. Wir müssen in der Lage sein, vorherzusagen, wann diese Ereignisse (koronale Massenauswürfe) eintreten, damit unsere Astronauten vor diesen Ereignissen in sichere Häfen gelangen können. Daher müssen wir diese Warnsatelliten wahrscheinlich in der Nähe des Mondes und des Mars und möglicherweise in der Nähe positionieren das Sonnensystem für eine Warnung dabei. (Danach) Irgendwann in der Zukunft besteht ein starkes Interesse daran, die Struktur unseres Sonnensystems außerhalb der Umlaufbahn von Pluto, insbesondere der Heliopause, verstehen zu wollen. Jetzt hat das Raumschiff Voyager gerade diese Region betreten. Es gab einige interessante Ergebnisse. und es gibt eine Menge, über die wir in dieser Region des Weltraums gerne wissen würden. Gleich dahinter befindet sich die sogenannte Oort-Wolke, die angeblich der Bereich des Weltraums ist, in dem viele der Kometen, die wir sehen, den größten Teil ihres Lebens leben, aber gelegentlich in die Sonne kommen. Es gibt also einiges an Wissenschaft zu tun. Beobachtung und Erforschung direkt hinter den Rändern des Sonnensystems.
Wäre etwas anderes beim Bau eines Sonnensegels anders als das, woran Sie gerade arbeiten?
Das muss nicht sein. Sie könnten die Technologie, die wir jetzt verfolgen, nutzen, um diese koronalen Massenauswurfssignale zu erzeugen, und Sie könnten dieses Segel auf eine Mission schicken. Das Problem ist, dass es mindestens länger dauern würde, um zu diesen Oort Clouds und hinaus in die Heliopause zu gelangen. Wenn wir ein Segel bauen können, das eine Größenordnung oder ein Zehntel des Gewichts für dieselbe Fläche beträgt; Das heißt, wenn Sie so wollen, ist die Leistung zehnmal besser. Dann können wir dieselbe Mission in der Hälfte der Zeit durchführen. Um diese Mission wirklich in Betracht zu ziehen, möchten wir leistungsstärkere Segel bauen, um sie wirklich und in unserem Leben zu erfüllen. wenn du möchtest.
Wie ist der Zeitrahmen für den von Ihnen getesteten Prototyp und Ihre Zukunftspläne?
Das ist etwas, was derzeit in der Agentur viel studiert wird. Insbesondere gibt es ein wissenschaftliches Beratungsgremium, das seine wissenschaftlichen Prioritäten trifft und festlegt und das den Bedarfstermin für die Bereitschaft der Segel festlegt. Wenn es fertig sein kann ... haben wir in den letzten 3 Jahren, die in diesen Tests bei Plumbrook gipfelten, das Beste getan, um vor Ort ein Sonnensegel in einer simulierten Weltraumumgebung zu entwerfen und zu betreiben. Der nächste Schritt ist, in den Weltraum aufzusteigen, und das wird ein wichtiger Schritt sein. Wir müssen wirklich einen Flug des Sonnensegels haben und sehen, wie es im Weltraum funktioniert: Die Belastungen der Struktur des Segels sind viel, viel geringer als hier am Boden. Die Schwerkraft belastet die Segel 4000-mal höher als die Sonne. Eine wirklich wahre Umgebung befindet sich also im Weltraum und wir müssen sie (das Segel) aufnehmen, um sie zu testen. Das sind weitere 3-5 Jahre, um so etwas zu tun, und dann ist es bereit, in eine wissenschaftliche Mission hineingegossen zu werden. 3-5 Jahre nominelle Planungs- und Entwicklungsphase für Weltraummissionen. Ich erwarte also, dass in den nächsten zehn Jahren ein Sonnensegel fliegen wird.
