Ta članek je bil prvotno objavljen na Superclusterju, spletnem mestu, namenjenem pripovedovanju največjih zgodb človeštva o vesolju.
Carl Sagan je sanjal, kako bi krmaril po osončju na jadrih, ki so jih potiskali sunki sončne svetlobe, ki so izvirale iz naše zvezde gostiteljice.
Zdaj si želi Planetarno društvo pod vodstvom izvršnega direktorja Billa Nyeja "Znanstveni tip" pomagati, da se te sanje uresničijo s satelitom, ki ni večji od škatle za čevlje. Ta "sončna jadra", ki so bila preizkušena le nekajkrat, lahko nekega dne prenesejo vesoljska plovila na druge planete ali morda celo v druge zvezdne sisteme.
Naslednja faza sončnega jadranja se je začela 24. junija, ko se je raketa SpaceX Falcon Heavy dvignila z izstrelitvene ploščadi v vesoljskem centru Kennedy v Floridi. Med dvema ducatoma drugih satelitov je bilo zataknjeno v njegov masivni stožec za nos, sedelo je majhno vesoljsko plovilo: naprava velikosti hleba, namenjena za poganjanje gozdnih jader, ki izkoriščajo pritisk sončne svetlobe.
Obrt, ki so ga poimenovali LightSail 2, bi lahko bil začetek nove dobe vesoljske letenja - tistega, v katerem je vesoljsko plovilo odpovedalo raketnim motorjem, na katere so se desetletja opirali, in elegantno jadralo po sunkih sonca. Približno sedem dni po lansiranju bo LightSail 2 izstopil iz zabojnika, razširil štiri 13-metrske ogrodje in postavil štiri platforme Mylarja, podobne zrcalu, ki skupaj tvorijo jadrnico v obliki kita v dolžini 340 kvadratnih metrov. Naslednji del je čista kozmična magija.
Po mnenju Planetarne družbe bo LightSail 2 prvo plovilo, ki je strogo plulo po svetlobi, medtem ko je v Zemljini orbiti. LightSail se bo nato dvignil kot jadrnica, da bi dvignil svojo nadmorsko višino, kar ji bo prineslo razliko, da je prvo vesoljsko plovilo, ki je plulo na višjo orbito okoli našega planeta. Ta podvig nebesne plovbe bi lahko bil še en korak k sanjam Carla Sagana o potovanju čez vesolje na odsevnih jadrih, ki jih poganjajo svetlobni žarki.
**********
Če držiš roke proti soncu, kaj čutiš? Vročina. Toda skrita med toplino je tako velik pritisk, da je ne bi nikoli opazil. Svetloba sama po sebi deluje kot vetrovni vetrič, vendar je tako subtilna, da je ne bi nikoli opazili. Na Zemlji je približno enak papirni sponki, ki leži v vaših rokah.
Toda v skoraj vakuumu prostora lahko celo minutni pritisk, ki ima velik učinek, saj pritiska ves čas, uro za uro, dan za dnem. Za razliko od raketnega goriva je brezplačna in praktično neomejena dobava sončne svetlobe. Če lahko izkoristimo to moč, jo lahko uporabimo; potrebujemo samo jadra. Tako kot pomorščaki starih, bodočih vesoljskih plovil (in vesoljski popotniki) bi se lahko s pomočjo sonca pognali v ogromno kozmično širino - ali vsaj tako si je zamislil Sagan.
Shema vesoljskega čolna, ki izpušča lahkotno jadro iz svojega tovornega prostora. (JPL) Sagan je imel veliko vizijo prihodnosti raziskovanja vesolja, saj si je predstavljal, da bodo astro-jadralci sodelovali v medgalaktičnih regatah in dirkali svoje vesoljske ladje po vesolju, tako da so izkoristili moč zvezde. Vendar ni bil prvi, ki je zamislil človeštvo, ki pluje po svetlobi.
Pred štirimi stoletji se je komet razlival po nebu in pritegnil pozornost nemškega astronoma Johannesa Keplerja. Opazil je, da se zdi, da se kometov rep razprostira za njim. Sončna svetloba mora pomisliti, da mora komet segreti komet in osvoboditi material s njegove površine. To previdno opazovanje je spodbudilo Keplerja, da je mislil, da je sončna svetloba koristna oblika poganjanja.
"Poskrbite za ladje ali jadra, prilagojena nebeškim vetričem, in nekateri bodo pogumnili celo to praznino, " je pisal Galileu leta 1608.
Kepler je živel sredi znanstvene renesanse, v času, ko je človeštvo začelo spoznavati svoje mesto v kozmosu. Zemlja ni bila središče osončja, ampak v resnici eden od mnogih planetov, ki kroži okoli ene od mnogih zvezd. Ker ladje - takrat običajna oblika potovanja - poganjajo vetrovi, se zdi edino naravno, da bi Kepler ljudem, ki plujejo po vesolju, zamišljal enako kot mornarji.
Toda trajale bi stoletja, da Keplerjeve sanje postanejo resničnost.
Leta 1865 je James Clerk Maxwell svetu pokazal, da svetloba vsebuje pakete energije, imenovane fotoni, fotoni pa imajo zagon, ki jih je mogoče prenesti na druge predmete. Če bi foton prišel v stik s predmetom, kot je sijoče sončno jadro, bi prenesel del svoje energije in potisnil jadro naprej.
Različne oblike lahkih oblik jadra. (Raquel Scoggin / Supercluster) Z napredkom raketarstva po drugi svetovni vojni in z izstrelitvijo Sputnika leta 1957 se je ideja o raziskovanju kozmosa nenadoma preusmerila iz znanstvene fantastike v resničnost in sončno jadranje se je spet zdelo kot vabljiva oblika poganjanja.
NASA je kmalu po ustanovitvi začela načrtovati veliko ambicioznih vesoljskih misij, vključno s financiranjem več študij sončnega jadra. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je bil zasnovan načrt za srečanje s kometom - istim kometom, ki ga je Kepler stoletja pred tem vohunil na nebu. To vesoljsko plovilo bi bilo opremljeno s sončnim jadrom, ki s sončno energijo uporablja svoje potovanje. Žal je bil načrt razrezan, še preden bi lahko prišel do izstrelitvene ploščice, a ideja o sončnem jadranju bi živela naprej.
Lou Freedman, NASA-in inženir, ki je delal na tej zdaj že propadli misiji, je bil še vedno prepričan, da je sončno jadranje izvedljiva oblika pogona. On (skupaj s Carlom Saganom in Bruceom Murrayjem, nekdanjim vodjem Nasinega laboratorija za reaktivni pogon) je leta 1980 v veliki meri ustanovil Planetarno družbo, da bi sončno jadranje spremenil v resničnost.
"Sončno jadranje je na splošno vtisnjeno v DNK planetarne družbe, še preden smo ga sploh ustanovili, " je za Supercluster povedala glavna operativna direktorica Jennifer Vaughn. "Vsi trije naši ustanovitelji so imeli roko v zgodnji fazi sončnega jadranja."
**********
Pomemben izziv bi bilo ugotoviti, kako zgraditi ogromno ultralahko sončno jadro in ga potem cenovno izstreliti v vesolje. Toda skupina je vztrajala in družba je prvič naletela na sončno jadranje, leta 2005 pa je končno udarila na lansirno ploščo v obliki vesoljskega plovila z imenom Cosmos 1. Na žalost se z možnim satelitom ni uspelo obrniti na orbito in se je strmoglavilo v bližini Rusije v Barentsovo morje. Še deset let bo minilo, preden bo planetarno društvo doseglo svoj prvi sončni jadralski uspeh.
Diagram sončnega jadra. (JPL) Vodje misij so se vrnili k risalni plošči in se odločili, da bodo za svoj naslednji poskus razmišljali manjše. Kubesati - približno velikosti štruce hleba - so vdrli na prizorišče vesoljskih poletov in nudili cenejšo alternativo tradicionalnim, zajetnim satelitom.
Po besedah Billa Nyeja je pojav CubeSatov dejansko privedel do trenutne zasnove kvadratnega jadra. "Izkazalo se je, da je kvadratno jadro precej dobro izhodišče in dober dizajn, " je povedal Nye za Supercluster.
Nastala plovila, ki so jo poimenovali LightSail 1, so bila pomanjšana različica Cosmosa 1. Ta mini satelit velikosti čevlja se je lansiral leta 2015 in se pripeljal na raketo Atlas V in poletel v orbito skupaj s tajnim letalom vesoljskega letala X-37B letalskih sil. .
Ko je bil v orbiti, je LightSail 1 dokazal, da lahko uspešno namesti svoje jadro v vesoljski vakuum. Toda majhen satelit se je v času svoje misije srečal s številnimi težavami, vključno s programskimi napakami, izgubami signala in težavami z baterijo. Po burnem času v orbiti z nizko zemljo je drobno plovilo postavilo svoj imenjak: štiri sijoča milarska jadra, ki dokazujejo, da lahko v majhnem paketu namestite polno lahkotno jadro.
Kljub pomanjkljivostim je bil LightSail 1 kot dokaz tehnologije uspešen. Za praznovanje se je vrnil vrhunski selfie. Toda ljudje so pogledali navzgor in skušali opaziti plovilo, ko je letelo nad Zemljo. Nye je celo lahko opazil drobni satelit, ki je blestel v noči, ko je minil nad nebom onesnaženim svetom New Yorka.
Z zelo malo delcev za upočasnitev lahkega priplavanja navzdol lahko sčasoma pospeši vesoljsko plovilo do zelo velikih hitrosti. (Raquel Scoggin / Supercluster) Doseganje te točke je bilo za Planetarno družbo velik dosežek, neprofitna organizacija, ki je pomagala napredovati vesoljsko znanost in raziskovanje. "Vesolje prinaša najboljše v nas, " pravi Bill Nye. "Všeč je vsem ljudem in narodnostim."
Več kot 40.000 članov planetarnega društva je podprlo to misijo (in razvoj sončnega jadranja), ki je za financiranje organizacije donirala od 5 do več kot milijon dolarjev.
"Neverjetno je redko, da kdo dobi priložnost sodelovati na prvih stopnjah nove pogonske tehnologije, " pravi Bruce Betts, vodja misije LightSail. "Ni jih veliko. Čast mi je biti v začetnih fazah, prvih korakih sončnega jadranja. "
**********
Skozi leta, medtem ko je Planetarno društvo gradilo svoje jadrnice, so tudi druge po vsem svetu plule.
Leta 2015 je bila sprožena testna misija CubeSail, ki jo je zgradil vesoljski center Surrey v Veliki Britaniji, vendar se ni uspela pravilno umestiti. Tri druge majhne misije jadranja - NASA-in NanoSail-D, kanadski CanX-7 in Surrey's InflateSail - so imele nekaj uspeha, a tako kot LightSail 1 so bile njihove misije omejene na nizko Zemljino orbito.
Diagram sončnega jadra. (JPL) Japonska je doslej imela največ uspeha s sončnim jadranjem, saj je medplanetarna zmajevska plovila, pospešena s sevanjem sonca (IKAROS), izletela v orbito okoli sonca leta 2010. Ko se je v globokem vesolju odprla, je široka 46 čevljev kvadratno jadranje in prvič v zgodovini je začel s krmiljenjem in spreminjanjem hitrosti z močjo sonca.
Vesoljsko plovilo je imelo tudi sončne celice, vdelane v svoje jadro v obliki zmaja, da bi proizvajali električno energijo. Pričakovano je bilo, da celice med poletom ne bodo proizvajale veliko moči, temveč so služile kot preskusna plošča za prihodnje ionske pogonske motorje.
IKAROS je naslednja tri leta meril svoj pospešek zaradi svetlobnega tlaka. Prav tako je preizkusil različne načine za nadzor gibanja z uporabo tekočih kristalov (podobnih LCD elektronskemu zaslonu), vgrajenih v jadro, ki lahko prilagodijo odbojnost plovila in spremenijo njegovo hitrost. Električna energija, ki teče skozi plošče, je povečala odbojnost, kar je omogočilo vesoljskim plovilom, da pospešijo naprej, medtem ko je izklop toka naredil pritisk sončne svetlobe bolj razpršen.
Japonski vesoljski uradniki pravijo, da je IKAROS uspel prilagoditi svoj potek in svojo usmeritev pred načrtovanim koncem misije leta 2015. Stik z IKAROS je izgubljen, vendar nadaljnje sledenje kaže, da se sončno jadro še naprej vrti okoli sonca med Zemljo in Venero, oblika njegove orbite pa se še naprej spreminja zaradi sprememb svetlobnega tlaka.
Toda podatki IKAROS-a skupaj z njegovimi uspehi kažejo, da nas čaka še dolga pot, preden spoznamo polni potencial sončnega jadranja. Planetarno društvo upa, da bo LightSail 2, če bo šlo vse po načrtu, sončna jadra pretvorilo v zanesljiv, poceni način letenja skozi vesolje.
Od tam so možnosti skoraj neomejene. Z lahkim jadrom bi lahko vesoljsko plovilo odšlo na Luno, na asteroide, na Jupiter - kamor koli piha veter svetlobe, pri čemer sploh ne uporablja goriva.
