Një vela diellore është një mënyrë për të shtyrë një anije kozmike duke përdorur presionin e dritës dhe gazeve me shpejtësi të lartë (i quajtur edhe presioni i dritës diellore) të emetuar nga një yll. Le t'i hedhim një vështrim më të afërt pajisjes së tij.
Përdorimi i një vela nënkupton udhëtim në hapësirë me kosto të ulët të kombinuar me jetëgjatësi të zgjatur. Për shkak të mungesës së shumë pjesëve lëvizëse, si dhe nevojës për të përdorur shtytës, një anije e tillë është potencialisht e ripërdorshme për dërgimin e ngarkesave. Nganjëherë përdoren edhe emrat dritë ose vela foton.
Koncept histori
Johannes Kepler një herë vuri re se bishti i një komete shikon larg nga Dielli dhe sugjeroi se është ylli që prodhon këtë efekt. Në një letër drejtuar Galileos në vitin 1610, ai shkroi: "Pajisni anijes me një vela të përshtatur me erën diellore dhe do të ketë nga ata që guxojnë të eksplorojnë këtë zbrazëti". Ndoshta me këto fjalë ai iu referua pikërisht fenomenit të “bishtit të kometës”, ndonëse publikimet për këtë temë u shfaqën disa vite më vonë.
James K. Maxwell në vitet 60 të shekullit XIX botoi teorinë e fushës elektromagnetike dherrezatimi, në të cilin ai tregoi se drita ka vrull dhe kështu mund të ushtrojë presion mbi objektet. Ekuacionet e Maxwell-it ofrojnë bazën teorike për lëvizjen e presionit të lehtë. Prandaj, qysh në vitin 1864, dihej brenda dhe jashtë komunitetit të fizikës se rrezet e diellit mbartin një impuls që ushtron presion mbi objektet.
Së pari, Pyotr Lebedev demonstroi eksperimentalisht presionin e dritës në 1899, dhe më pas Ernest Nichols dhe Gordon Hull kryen një eksperiment të ngjashëm të pavarur në 1901 duke përdorur radiometrin Nichols.
Albert Einstein prezantoi një formulim të ndryshëm, duke njohur ekuivalencën e masës dhe energjisë. Tani thjesht mund të shkruajmë p=E/c si raport ndërmjet momentit, energjisë dhe shpejtësisë së dritës.
Svante Arrhenius parashikoi në vitin 1908 mundësinë e presionit nga rrezatimi diellor që bart spore të gjalla në distanca ndëryjore dhe, si rezultat, konceptin e panspermisë. Ai ishte shkencëtari i parë që pretendoi se drita mund të lëvizte objektet midis yjeve.
Friedrich Zander botoi një punim që përfshin një analizë teknike të velave diellore. Ai shkroi për "përdorimin e fletëve të mëdha dhe shumë të holla të pasqyrave" dhe "presionin e dritës së diellit për të arritur shpejtësi kozmike".
Projektet e para formale për të zhvilluar këtë teknologji filluan në vitin 1976 në Laboratorin Jet Propulsion për një mision të propozuar takimi me kometën e Halley.
Si funksionon një vela diellore
Drita prek të gjitha automjetet në orbitën e planetit ose brendahapësirë ndërplanetare. Për shembull, një anije kozmike konvencionale e nisur për në Mars do të ishte më shumë se 1000 km larg Diellit. Këto efekte janë përfshirë në planifikimin e trajektores së udhëtimit në hapësirë që nga anija e parë kozmike ndërplanetare në vitet 1960. Rrezatimi gjithashtu ndikon në pozicionin e mjetit dhe ky faktor duhet të merret parasysh në projektimin e anijes. Forca në vela diellore është 1 njuton ose më pak.
Përdorimi i kësaj teknologjie është i përshtatshëm në orbitat ndëryjore, ku çdo veprim kryhet me ritëm të ulët. Vektori i forcës së velit të lehtë është i orientuar përgjatë vijës së diellit, gjë që rrit energjinë e orbitës dhe momentin këndor, duke bërë që anija të largohet më larg nga dielli. Për të ndryshuar prirjen e orbitës, vektori i forcës është jashtë rrafshit të vektorit të shpejtësisë.
Kontrolli i pozicionit
Një Sistemi i Kontrollit të Qëndrimit të anijes kozmike (ACS) nevojitet për të arritur dhe ndryshuar pozicionin e dëshiruar gjatë udhëtimit nëpër Univers. Pozicioni i vendosur i aparatit ndryshon shumë ngadalë, shpesh më pak se një shkallë në ditë në hapësirën ndërplanetare. Ky proces ndodh shumë më shpejt në orbitat e planetëve. Sistemi i kontrollit për një automjet që përdor një vela diellore duhet të plotësojë të gjitha kërkesat e orientimit.
Kontrolli arrihet nga një zhvendosje relative midis qendrës së presionit të anijes dhe qendrës së saj të masës. Kjo mund të arrihet me fletë kontrolli, duke lëvizur velat individuale, duke lëvizur një masë kontrolli ose duke ndryshuar reflektuesinaftësitë.
Pozicioni në këmbë kërkon që ACS të mbajë çift rrotullues neto në zero. Momenti i forcës së velit nuk është konstant përgjatë trajektores. Ndryshimet me distancën nga dielli dhe këndi, i cili korrigjon boshtin e velit dhe devijon disa elementë të strukturës mbështetëse, duke rezultuar në ndryshime në forcë dhe çift rrotullues.
Kufizime
Vela diellore nuk do të jetë në gjendje të punojë në një lartësi më të ulët se 800 km nga Toka, pasi deri në këtë distancë forca e rezistencës së ajrit tejkalon forcën e presionit të dritës. Kjo do të thotë, ndikimi i presionit diellor është dobët i dukshëm dhe thjesht nuk do të funksionojë. Shpejtësia e kthesës së anijes me vela duhet të jetë e pajtueshme me orbitën, e cila zakonisht është vetëm një problem për konfigurimin e diskut rrotullues.
Temperatura e funksionimit varet nga distanca diellore, këndi, reflektimi dhe radiatorët e përparmë dhe të pasmë. Vela mund të përdoret vetëm kur temperatura mbahet brenda kufijve të saj material. Në përgjithësi mund të përdoret mjaft afër diellit, rreth 0,25 AU, nëse anija është projektuar me kujdes për ato kushte.
Konfigurimi
Eric Drexler bëri një prototip të velave diellore nga një material i veçantë. Është një kornizë me një panel prej filmi të hollë alumini me një trashësi prej 30 deri në 100 nanometra. Vela rrotullohet dhe duhet të jetë vazhdimisht nën presion. Kjo lloj strukture ka një sipërfaqe të lartë për njësi të masës dhe për këtë arsyenxitimi "pesëdhjetë herë më i shpejtë" se ai i bazuar në filmat plastikë të vendosshëm. Është një vela katrore me direkë dhe vija binjake në anën e errët të velit. Katër shtylla të kryqëzuara dhe një pingul me qendrën për të mbajtur telat.
Dizajn elektronik
Pekka Janhunen shpiku vela elektrike. Mekanikisht, ajo ka pak të përbashkëta me dizajnin tradicional të dritës. Velat zëvendësohen me kabllo (tela) përcjellëse të drejtuara të vendosura në mënyrë radiale rreth anijes. Ata krijojnë një fushë elektrike. Ai shtrihet disa dhjetëra metra në plazmën e erës diellore përreth. Elektronet diellore reflektohen nga fusha elektrike (si fotonet në një vela tradicionale diellore). Anija mund të drejtohet duke rregulluar ngarkesën elektrike të telave. Vela elektrike ka 50-100 tela të drejtuar, rreth 20 km të gjatë.
Nga çfarë përbëhet?
Materiali i zhvilluar për vela diellore të Drexler është një film i hollë alumini 0,1 mikrometër i trashë. Siç pritej, ai ka demonstruar forcë dhe besueshmëri të mjaftueshme për përdorim në hapësirë, por jo për palosjen, lëshimin dhe vendosjen.
Materiali më i zakonshëm në dizajnet moderne është filmi alumini "Kapton" me madhësi 2 mikron. Ai i reziston temperaturave të larta pranë Diellit dhe është mjaftueshëm i fortë.
Kishte disa teorikespekulime rreth aplikimit të teknikave të prodhimit molekular për të krijuar një vela të avancuar, të fortë, ultra të lehtë të bazuar në rrjeta prej pëlhure nanotubash ku "boshllëqet" e endura janë më pak se gjysma e gjatësisë valore të dritës. Një material i tillë është krijuar vetëm në laborator dhe mjetet për prodhim në shkallë industriale nuk janë ende të disponueshme.
Vela e lehtë hap perspektiva të mëdha për udhëtimin ndëryjor. Sigurisht, ka ende shumë pyetje dhe probleme që do të duhet të përballen përpara se udhëtimi nëpër univers me një dizajn të tillë anije kozmike të bëhet një gjë e zakonshme për njerëzimin.
