เว็บตรง ความสำเร็จของ LightSail 2 สามารถปูทางสำหรับยานอวกาศที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์มากขึ้น

เว็บตรง ความสำเร็จของ LightSail 2 สามารถปูทางสำหรับยานอวกาศที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์มากขึ้น

เว็บตรง เรือใบพลังงานแสงอาทิตย์ที่ว่องไวที่สุดแต่ยังแล่นไปรอบโลก โดย CHARLIE WOOD | เผยแพร่เมื่อ 23 ม.ค. 2020 20:30 น ศาสตร์ปีกของไลท์เซล 2 อยู่เบื้องหน้า โลกและออสเตรเลียในเบื้องหลังLightSail 2 จับภาพนี้ขณะแล่นผ่านออสเตรเลีย สมาคมดาวเคราะห์

ก่อนที่ใครจะพิจารณาสำรวจอวกาศด้วยแรงขับดัน นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน โยฮันเนส เคปเลอร์—สังเกตเห็นว่าดวงอาทิตย์ดูเหมือนจะพัดหางของดาวหางกลับ—ฝันถึงการเดินทางไปรอบๆ ด้วยลมท้องฟ้า เขาเขียนจดหมายถึงกาลิเลโอ กาลิเลอีในปี ค.ศ. 1608 ว่า“จัดหาเรือหรือใบเรือที่ปรับให้เข้ากับลมสวรรค์ และจะมีสักกี่คนที่กล้าเผชิญแม้ความว่างเปล่านั้น”

The tiny Polaroid Go is lots of fun, but a little awkward

สี่ศตวรรษต่อมา ยานอวกาศ LightSail 2 ที่ได้รับทุนสนับสนุนจากฝูงชน ได้กลายเป็นยานลำล่าสุดที่ทำเช่นนั้น ในขณะที่ลมอย่างที่เราทราบดีว่าลมไม่ได้พัดในอวกาศอย่างแน่นอน แต่เรือก็สามารถควบคุมอย่างอื่นได้โดยตรง นั่นคือ 

การสะกิดเล็กน้อยจากแสงตะวันที่เปลี่ยนเส้นทาง

ของมันขณะที่โคจรรอบโลก Planetary Society ซึ่งเป็นองค์กรสำรวจอวกาศส่วนตัวเป็นหัวหอกในการพัฒนายานอวกาศเพื่อพิสูจน์ว่าแรงเล็กๆ ที่กระทำเมื่อแสงกระทบด้านหลังของใบเรือที่แวววาวนั้นเพียงพอแล้วสำหรับรูปแบบการคมนาคม ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่อาจเปิดพื้นที่ประเภทใหม่ได้ในสักวันหนึ่ง ภารกิจและให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับพายุสุริยะที่ทำลายล้าง

หลังจากเกือบครึ่งปีของการทดลอง ทีมงาน LightSail 2 ได้เรียนรู้สิ่งที่ต้องใช้เพื่อนำร่องยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ขั้นสุดยอด แม้ว่ามันจะโคจรอยู่เหนือสถานีอวกาศนานาชาติหลายร้อยไมล์ แต่ชั้นบรรยากาศที่บางที่สุดของโลกยังคงทอดยาวออกไปอีก และค่อยๆ ลากดาวเทียมลงมาสู่ความหายนะ แม้ว่ายานลำนี้จะไม่สามารถต้านทานแรงต้านของอากาศได้อย่างสม่ำเสมอมากพอที่จะบินออกจากพื้นโลก แต่การหลบหลีกที่ปรับปรุงแล้วได้ชะลอการจมของรถอย่างเห็นได้ชัด และในบางครั้งถึงกับถอยกลับ

Justin Mansell ผู้สมัครระดับปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัย Purdue และผู้เขียนร่วมของ บทความที่เผยแพร่ล่าสุดซึ่งอธิบายประสิทธิภาพของยานพาหนะจนถึงขณะนี้กล่าวว่า “มีหลายช่วงที่เราสามารถเพิ่มพลังงานของวงโคจร ได้ “นั่นเป็นเหตุผลที่ทำให้ภารกิจของเราสำเร็จ”

LightSail 2 ไม่ใช่ความสำเร็จครั้งแรกของมนุษยชาติในการแล่นเรือภายใต้แสงแดด เกียรติยศนั้นตกเป็นของ IKAROS ยานอวกาศญี่ปุ่นขนาด 50 ฟุตคูณ 50 ฟุตที่มีน้ำหนักหลายร้อยปอนด์ ในปี 2010 มันได้รับแรงผลักดันที่วัดได้จากแสงอาทิตย์ในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ระหว่างทางไปยังดาวศุกร์

ในที่สุด LightSail 1 ก็กลายเป็นเรือสุริยะลำต่อไปที่ไปถึงอวกาศได้อย่างปลอดภัยในปี 2558 ยานทดสอบประสบความสำเร็จในวัตถุประสงค์หลักในการแพร่กระจายใบเรือ แต่ไม่มีวิธีใดที่จะควบคุมทิศทางของมัน ในไม่ช้ามันก็ดิ้นรน ตกลงสู่พื้นโลก และถูกไฟไหม้ใน บรรยากาศ.

ภาคต่อของ The Planetary Society หวังว่าจะได้ตระหนักถึงความหวังและความฝันของผู้บริจาคมากกว่า 50,000 รายที่บริจาคเงินจำนวน 7 ล้านดอลลาร์เพื่อสนับสนุนต้นแบบทั้งสอง เมื่อเดือนมิถุนายนปีที่แล้ว ยาน SpaceX ได้แล่นผ่านดาวเทียมของกระทรวงกลาโหมจำนวน 20 ดวง และเข้าสู่วงโคจรเหนือพื้นโลกมากกว่า 400 ไมล์ ซึ่งสูงเกือบสองเท่าของรุ่นก่อน ระหว่างอากาศที่บางลงกับระบบควบคุมที่เหมาะสม ทีมงานมีเป้าหมายที่จะบรรลุการบินด้วยใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่ปรับระดับความสูงได้อย่างแท้จริง

แต่การเรียนรู้ที่จะควบคุมยานพาหนะนั้นไม่ได้ราบรื่นนัก

 เรือใบน้ำหนักขนนก (ทำจากวัสดุที่เรียกว่า Mylar) คลี่ออกสามารถครอบคลุมเวทีมวยได้ แต่พลังพวงมาลัยทั้งหมดมาจากร่างขนาดก้อนขนมปังติดอยู่ตรงกลาง ด้วยน้ำหนักเพียง 11 ปอนด์ LightSail 2 มีอัตราส่วนยกน้ำหนักต่อขนาดที่ดีที่สุดและการเร่งความเร็วที่รวดเร็วที่สุดของใบเรือสุริยะใดๆ จนถึงปัจจุบัน แต่ความเหนือชั้นนั้นทำให้การควบคุมยุ่งยาก และอย่างที่กะลาสีทุกคนรู้ การควบคุมอย่างเข้มงวดเป็นสิ่งสำคัญในการไปยังที่ที่คุณต้องการ “มีหลายแง่มุมที่คล้ายกับการแล่นเรืออย่างประหลาด” แมนเซลล์ ซึ่งได้รับการรับรองให้แล่นเรือภาคพื้นดินในปี 2018 กล่าว

LightSail 2 แล่นได้เร็วที่สุดเมื่อเคลื่อนออกจากดวงอาทิตย์ ขณะที่รังสีของดาวผลักยาน “ล่องไปตามลม” สำหรับส่วนนั้นของวงโคจร ทีมจะชี้ให้ห่างจากดวงอาทิตย์เพื่อให้ได้รับแสงสูงสุด (ลองนึกภาพตำแหน่งที่น่ากลัวที่สุดที่จะถือร่มไว้ในช่วงที่มีลมกระโชกแรง) ต่อมาในวงโคจรยาวหนึ่งชั่วโมงครึ่ง อย่างไรก็ตาม มันหลุดเข้าไปในเงามืดของโลก—ซบเซาสำหรับกะลาสีสุริยะ จากนั้นเหวี่ยงกลับไปอีกด้านหนึ่ง พยายาม “เหนือลม” ต้านแรงกดของแสงแดด สำหรับส่วนนี้ของวงโคจร ทีมงานตั้งเป้าที่จะจัดขอบใบเรือไปทางดวงอาทิตย์เพื่อลดแรงผลัก

ในการบังคับทิศทาง เรือลำนี้มี 2 ระบบ ตัวรถที่เจียมเนื้อเจียมตัวมี “วงล้อโมเมนตัม” ขนาดเล็ก ซึ่งเมื่อหมุนแล้ว จะหมุนยานไปในทิศทางตรงกันข้าม LightSail 2 ยังมีขดลวดโลหะไฟฟ้าสองอันที่สร้างสนามแม่เหล็ก ขดลวดเหล่านี้สามารถจับสนามแม่เหล็กของโลกได้ ทำให้ผู้ปฏิบัติงานจัดยานอวกาศได้ การค้นหาวิธีการคัดท้ายอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดนั้นเกี่ยวข้องกับเส้นโค้งการเรียนรู้การแล่นเรือด้วยแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ Mansell กล่าว

แต่หลังจากฝึกฝนและเก็บรวบรวมข้อมูลเป็นเวลาห้าเดือน นักเดินเรือสุริยะรู้สึกมั่นใจว่าใบเรือช่วยให้มันลอยอยู่บนฟ้าได้ ในช่วงเวลาที่ลูกเรือปล่อยมือออกจากการควบคุม ยานพาหนะตกลงมาใกล้โลกมากขึ้นโดยเฉลี่ย 113 ฟุตเนื่องจากการลากจากอากาศ ในขณะที่ล่องเรืออย่างแข็งขัน LightSail 2 มีแนวโน้มที่จะลดลงเพียง 65 ฟุต ในวันที่ดีที่สุดของพวกเขาในการแล่นเรือ ทีมสามารถยกวงโคจรขึ้นได้ 24 ฟุต ด้วยข้อมูลดาวเทียมที่กระจัดกระจายจากพื้นที่แถบนี้ เดิมทีทีมไม่แน่ใจว่าประสิทธิภาพจะเป็นอย่างไร Mansell กล่าว ดังนั้นยานอวกาศจึงเพิ่มเป็นสองเท่าในฐานะการตรวจสอบความหนาในบรรยากาศห่างไกล

“แม้ว่าเราจะแล่นเรือได้ดีจริงๆ แต่ก็มีบางวันที่บรรยากาศจะหนาแน่นกว่าปกติเล็กน้อย” เขากล่าว “วันอื่นๆ ที่ชั้นบรรยากาศบางลงเล็กน้อยที่ระดับความสูงนั้น เรามีโอกาสสูงที่จะยกระดับวงโคจร”

สมาชิกในทีมประเมินว่า LightSail 2 

จะต้องออกจากวงโคจรอย่างน้อย 500 ไมล์เหนือพื้นผิวเพื่อให้วงโคจรสูงขึ้น ณ ตำแหน่งปัจจุบันที่อยู่ห่างออกไปราว 400 ไมล์ในอากาศ ยานพาหนะถูกโชคชะตากำหนดว่าจะต้องหมุนลงไปด้านล่างและในที่สุดก็ลุกเป็นไฟในชั้นบรรยากาศ—บางทีอาจเป็นฤดูร้อนนี้ อย่างไรก็ตาม ก่อนหน้านั้น ทีมงานมีการทดสอบอีกสองครั้งที่จะดำเนินการ ขั้นแรกพวกเขาวางแผนที่จะทดสอบความสามารถในการถือเส้นทางที่มั่นคง โดยให้ยานชี้ตรงไปที่ดวงอาทิตย์ และเมื่อ LightSail 2 เริ่มตกต่ำจริงๆ พวกเขาจะลองควบคุมความเร็วของการตกโดยเปลี่ยนทิศทางของมัน

สมาคมดาวเคราะห์ไม่มีแผนปัจจุบันสำหรับ LightSail 3, Mansell กล่าว แต่อนาคตของการแล่นเรือสุริยะอยู่ในห้วงอวกาศ ใบเรือสุริยะทำงานได้ดีที่สุดเมื่ออยู่ห่างไกลจากโลก โดยที่ไม่มีร่องรอยของชั้นบรรยากาศใดสามารถชะลอความเร็วได้ และจุดที่พวกมันไม่ได้จมลงไปในเงามืดตลอดเวลา NASA วางแผนที่จะเปิดตัวยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยแสงในต้นปีหน้าบนการทดสอบครั้งแรกของระบบปล่อยอวกาศที่กำลังจะมาถึง และทีม LightSail 2 ได้ช่วยให้คำปรึกษา ลูกเสือดาวเคราะห์น้อยใกล้โลกจะบินบนเรือสุริยะไปยังดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ใกล้เคียงและสอดแนมตามชื่อของมัน

ในเวลาต่อมา เรือโซลาร์เซลอาจทำให้ภารกิจรูปแบบใหม่เป็นไปได้ ยานอวกาศแบบดั้งเดิมใช้เครื่องขับดันเพื่อปรับเปลี่ยนเส้นทางอย่างรวดเร็ว แต่โดยทั่วไปแล้วจะยังคงอยู่ในวงโคจรวงรีแบบเดียวกับที่ดาวเคราะห์ติดตาม ดังที่โยฮันเนส เคปเลอร์เคยค้นพบ แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ควบคุมเส้นทางท้องฟ้าเหล่านี้ แต่การเพิ่มแรงกดจากแสงแดดอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดวงโคจรที่เรียกว่า “ไม่ใช่เคปเลอเรียน” ตัวอย่างเช่น อาจสร้างสมดุลให้กับยานอวกาศเดินเรือสุริยะระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ณ จุดที่เกินกว่าที่ยานพาหนะจะเอื้อมถึงโดยอาศัยเครื่องขับดัน หากติดตั้งอุปกรณ์ตรวจสอบดวงอาทิตย์ ด่านหน้าดังกล่าวสามารถแจ้งเตือนพายุสุริยะ ได้ เร็วกว่าหอสังเกตการณ์แสงอาทิตย์บนอวกาศในปัจจุบันถึงสิบเท่า

Mansell กล่าวว่าเขารู้สึกตื่นเต้นสำหรับอนาคตของการแล่นเรือด้วยแสงอาทิตย์ และรู้สึกขอบคุณที่ได้มีส่วนร่วมในทีมที่ช่วยให้เรือออกจากพื้นดิน “มันเป็นโอกาสที่เหลือเชื่อมากที่ได้เป็นส่วนหนึ่งของภารกิจที่มีความหมายต่อผู้คนมากมาย” เว็บตรง