Ett 20-meters solsegel testas. Bildkredit: NASA. Klicka för att förstora.
Lyssna på intervjun: NASA testar ett solsegel (3,7 mb)
Eller prenumerera på podden:universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain – Kan du ge mig lite bakgrund om solsegel i allmänhet?
Edward Montgomery? Detta är en teknik som vår byrå varit intresserad av under en tid, men historien går flera hundra år tillbaka till Fredrick Sander vid sekelskiftet (1800-talet). På senare tid har vi funnit att framsteg inom ett par speciella områden har gjort det till något som vi verkligen måste titta närmare på. De kompositmaterial som har kommit ut under de senaste åren, till exempel i sportutrustning som är gjord av ultra lätta stavar, och filmteknik som på något sätt är relaterad till materialindustrin och integrerade kretsar till exempel och färgtillsatser. Dessa fält har gjort det möjligt att bygga strukturer i rymden som är töntliknande och vi har aldrig riktigt kunnat göra det förrän ett par decennier tidigare (nu) och när du väl kan få ner den typen av massa riktigt lågt, då Det krävs inte mycket för att få ut lite acceleration och bra framdrivning.
Hur kan ljus ge framdrivning till aluminiumfolie i rymden?
Det är en mycket fascinerande egenskap som ljus har; den har inte riktigt massa, så den kan inte studsa av något, men i själva verket interagerar den med hinder; det ger fart åt det och detta teoretiserades av Einstein och det har bevisats i ett antal laboratorieexperiment.
Vad är det för teknik som du testar på NASA just nu?
Vi tar ett speciellt solsegelkoncept som är ett fyrkantigt segel; den har 4 bommar som kommer ut och mellan bomarna finns triangulära segel och det systemet är designat för att bära nyttolaster som är relativt blygsamma i storlek: Robotic Science nyttolasten. Vi tittar på flera uppdrag till det inre solsystemet för att studera solens fysik och hur den interagerar med jorden.
Så du skulle skicka in ditt solsegel från vår position; jordens bana, närmare solen? Låter lite bakvänt för mig.
Tja, dragkraften som seglet kan producera är proportionell mot styrkan av solljuset och när du närmar dig solen, ökar styrkan på den framdrivningen som kvadraten på avståndet när du kommer närmare så faktiskt, det fungerar mycket mer effektivt nära solen. Uppdragen som har planerats för att titta på det yttre solsystemet; nästan alla av dem har involverat att först gå till det inre solsystemet och flyga nära solen och få en bra uppsving och sedan gå ut. Men de kortsiktiga uppdragen som vi tittar på är uppdrag som svävar; de går inte riktigt fort. Det finns en balanspunkt mellan jordens gravitationskraft och solens gravitationskraft som kallas Lagrangepunkten, och vi har satelliter som är där nu. Det kräver ingen speciell framdrivning, men om du vill sitta och sväva någon gång närmare solen (för att komma till) just den punkten i rymden, måste du ha vissa framdrivningsförmåga och våra forskare har ett intensivt intresse att vilja vara på den punkten. Du kan föreställa dig hur det kan vara en fördelaktig plats att placera några instrument mellan jorden och solen för att förstå hur den fysiska egenskapen är.
Ok, så jag förstår; det skulle vara som om solen var en solfjäder och du hade ditt segel och du låter det driva ner mot solen till den grad att kraften från solens energi som kommer från den är perfekt balanserad för att hålla solseglet vid punkten. Det skulle inte gå längre eller gå närmare.
Höger. Det är korrekt.
Vilken typ av experiment skulle du vara intresserad av att göra om du kunde komma så nära och kunna hålla kvar?
Jag är en framdrivningsingenjör, inte en forskare; de kan göra ett mycket bättre jobb med att förklara exakt vad de studerar, men några av instrumenten som de planerar att sätta på den mäter magnetosfären, de mäter högenergipartiklar när de går förbi. Av särskilt intresse är att känna av koronala massutstötningar; det här är de stora utbrottshändelser som händer på solen, som när de väl når jorden verkligen kan störa vår kommunikation och de kan faktiskt skada och förstöra känslig elektronisk utrustning. En sådan flamma 1986 orsakade flera miljoner dollar i skador enbart i Nordamerika så vi vill kunna förutsäga dessa händelser när de inträffar och om vi har tillräckligt med varningstid kan vi stänga av vår utrustning eller under särskilda förhållanden, behålla dem från att bli skadad så det är viktigt att veta när en koronal massutkastning kommer.
Vad kan framtiden ha för denna teknik, med att kunna utforska det yttre solsystemet?
Tja, det är en bra poäng. Som jag nyss nämnde kan dessa koronala massutkastningar också vara mycket skadliga för våra astronauter så NASA ser inom en snar framtid att gå tillbaka till månen och Mars som det har diskuterats mycket om. Vi måste kunna förutsäga när dessa händelser (koronala massutkastningar) inträffar så att våra astronauter kan ta sig till säkra tillflyktsorter från dessa händelser, så vi kommer förmodligen att behöva ha dessa varningssatelliter placerade nära månen och mars och möjligen runt omkring solsystemet för en varning för att göra det. (Därefter) så småningom i framtiden finns det ett intensivt intresse för att vilja förstå strukturen av vårt solsystem utanför Plutos omloppsbana, särskilt Heliopausen, nu har rymdfarkosten Voyager precis tagit sig in i den regionen; det har kommit några intressanta resultat tillbaka där; och det finns mycket som vi skulle vilja veta om i den regionen av rymden. Strax bortom det är något som kallas Oorts moln, som förmodligen är det område i rymden där många av de kometer som vi ser lever större delen av sina liv, men ibland kommer de in i solen. Så det finns en hel del vetenskap att göra; observation och utforskning strax utanför solsystemets kanter.
Skulle något vara annorlunda i att bygga ett solsegel som skulle kunna resa ut i det yttre solsystemet än vad du arbetar med just nu?
Det behöver inte vara det. Du kan ta den teknik som vi eftersträvar nu för att göra dessa koronala massutstötningssignaler och du kan skicka det seglet på ett uppdrag. Problemet är att det skulle ta eller mer för att komma till de Oortmolnen och ut i Heliopausen. Om vi kan bygga ett segel som är en storleksordning eller en tiondel av vikten för samma yta; det vill säga presterar 10 gånger bättre om du vill, då kan vi göra samma uppdrag på halva tiden, så för att verkligen börja överväga det uppdraget, kommer vi att vilja bygga högre presterande segel för att verkligen göra det och göra det inom vår livstid, om du vill.
Vad är tidsramen nu framåt med prototypen du testar och dina framtidsplaner?
Det är något som det pågår mycket studier på byrån just nu; Det finns särskilt en vetenskapsrådgivande kommitté som möter och bestämmer vad deras vetenskapsprioriteringar är och som kommer att fastställa behovsdatumet för när segel måste vara klara. När det kan vara klart?, ja det vi har gjort under de senaste 3 åren som har kulminerat i dessa tester på Plumbrook är att göra det bästa vi kan på marken för att designa och driva ett solsegel i en simulerad rymdmiljö. Nästa steg är att gå upp i rymden och det kommer att bli ett viktigt steg. Vi måste verkligen ha en flygning av solseglet och se hur det fungerar i rymden: belastningen på seglets struktur är mycket, mycket mindre än de är här på marken. Tyngdkraften belastar seglen 4000 gånger högre än vad solen kommer att göra. Så en riktigt sann miljö finns i rymden och vi måste ta den (seglet) upp för att testa den. Det är ytterligare 3-5 år att göra den sortens saker, och sedan kommer det att vara redo att ingjutas i ett vetenskapsuppdrag; 3-5 år nominellt planerings- och utvecklingsfas för rymduppdrag. Så inom det kommande decenniet förväntar jag mig verkligen att se ett solsegel flyga.