Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på Supercluster, et nettsted dedikert til å fortelle menneskehetens største historier i det ytre rom.
Carl Sagan drømte om å navigere i solsystemet på seil skyvet av vindkast, og strømmet ut fra vertsstjernen vår.
Nå har Planetary Society, ledet av administrerende direktør Bill Nye “the Science Guy, ” som mål å bidra til å gjøre denne drømmen til en realitet med en satellitt som ikke er større enn en skoeske. Disse "solseilene", som bare er testet en håndfull ganger, kan en dag føre romskip til andre planeter, eller kanskje til og med andre stjernesystemer.
Den neste fasen med solseiling som ble lansert 24. juni, da en SpaceX Falcon Heavy rakett løftet av oppskytningsputen ved Floridas Kennedy Space Center. Tucked inni sin massive nese kjegle, blant to dusin andre satellitter, satt et lite romfartøy: en enhet med en brød-brød som er designet for å drive seg selv fra sladder seil som utnytter sollystrykket.
Håndverket, kalt LightSail 2, kan være begynnelsen på en ny epoke med romfart - et romfartøy glemmer rakettmotorene de har vært avhengige av i flere tiår og elegant seiler mot solskinnsvindene. Omtrent syv dager etter lansering vil LightSail 2 springe ut av beholderen, forlenge fire 13-fots bommer og distribuere fire speillignende ark med Mylar som samlet danner et 340 kvadratmeter, drakeformet seil. Neste del er ren kosmisk magi.
I følge Planetary Society vil LightSail 2 være det første håndverket som strengt navigerer mens du er i jordens bane. LightSail vil da takle som en seilbåt for å heve høyden, noe som vil tjene den til å være det første romfartøyet som seiler til en høyere bane rundt planeten vår. Denne bragden til himmelnavigering kan være et trinn til mot Carl Sagans drøm om å reise over kosmos på reflekterende seil fremdrevet av lysstråler.
**********
Hvis du holder hendene mot solen, hva føler du da? Varme. Men skjult blant varmen er et press, så øyeblikk du aldri vil legge merke til det. Lys i seg selv utøver en kraft, som en vind bris, men det er så subtilt at du aldri vil legge merke til. På jorden tilsvarer det omtrent et binders som hviler i hendene.
Men i det nærmeste vakuumet av rommet, til og med et minutttrykk, da det kan ha en stor effekt når det skyver hele tiden, time etter time, dag etter dag. Og i motsetning til rakettdrivstoff, er det en gratis og praktisk talt ubegrenset sollys. Hvis vi kan utnytte denne kraften, kan vi bruke den; alt vi trenger er seil. Som sjøfolk av gamle, fremtidige romfartøyer (og romfarere) kunne drive seg inn i den enorme kosmiske vidder ved hjelp av solen - eller i det minste er det slik Sagan så for seg det.
Diagram over en romferge som slipper et lett seil fra sin lasteplass. (JPL) Sagan hadde en storslagen visjon for fremtiden for romutforskning, og forestilte seg at astro-seilere ville ta del i intergalaktiske regattaer, kappløpe romskipene sine gjennom universet ved å utnytte stjernelysens kraft. Men han var ikke den første til å se for seg at menneskeheten skulle seile med lys.
For fire århundrer siden strøk en komet over himmelen og fanget oppmerksomheten til den tyske astronomen Johannes Kepler. Han la merke til at halen til kometen så ut til å spre seg bak den. Sollys, tenkte han, må varme kometen og fritt materiale fra overflaten. Denne skarpe observasjonen anspurte Kepler til å tenke sollys kan være en nyttig form for fremdrift.
«Gi skip eller seil tilpasset de himmelske vindene, og det vil være noen som vil modige til og med det tomrommet, » skrev han til Galileo i 1608.
Kepler levde midt i en vitenskapelig renessanse, i en tid hvor menneskeheten begynte å realisere sin plass i kosmos. Jorden var ikke sentrum av solsystemet, men faktisk en av mange planeter som kretset rundt en av mange stjerner. Siden skip - en vanlig form for reise på den tiden - blir drevet av vind, virker det bare naturlig at Kepler skulle se for seg at folk seiler gjennom verdensrommet på samme måte som sjøfolk seiler gjennom havene.
Men det ville ta århundrer før Keplers drømmer ble en realitet.
I 1865 viste James Clerk Maxwell verden at lys inneholdt pakker med energi kalt fotoner, og fotoner hadde fart som kunne overføres til andre objekter. Hvis et foton kom i kontakt med et objekt som et skinnende solseil, ville det overført noe av sin energi og presse seilet fremover.
Ulike design av lett seilform. (Raquel Scoggin / Supercluster) Med fremskritt i raketry etter andre verdenskrig, og med lanseringen av Sputnik i 1957, skiftet plutselig ideen om å utforske kosmos fra science fiction til virkelighet, og solseiling igjen virket som en fristende form for fremdrift.
Rett etter oppstarten begynte NASA å planlegge en mengde ambisiøse romoppdrag, inkludert finansiering av flere studier om solseil. På 1970-tallet ble en plan klekket ut for å møte med en komet - den samme kometen som Kepler spionerte på himmelen hundre år tidligere. Dette romfartøyet ville være utstyrt med et solseil, og bruker solens energi til å reise. Dessverre ble planen skrotet før den nådde oppskytningsputen, men ideen om solseiling ville leve videre.
Lou Freedman, en NASA-ingeniør som arbeidet med det nå nedlagte oppdraget, var fremdeles overbevist om at solseiling var en levedyktig form for fremdrift. Han (sammen med Carl Sagan og Bruce Murray, tidligere sjef for NASAs Jet Propulsion Laboratory) grunnla Planetary Society i 1980 i stor grad for å gjøre solseiling til en realitet.
"Solseiling generelt har blitt vevd inn i DNAet fra Planetarisk samfunn siden vi til og med ble grunnlagt, " sier Jennifer Vaughn, samfunnets øverste operasjonsleder, til Supercluster . "Alle tre grunnleggerne hadde en hånd i de tidlige stadiene av solseiling."
**********
Det å vise seg å være en stor utfordring å finne ut hvordan man bygger et enormt, ultralett solseil og deretter rimelig skyter det ut i verdensrommet. Men gruppen vedvarte, og samfunnets første tur til solseiling traff endelig oppskytningsplaten i 2005 i form av et romskip kalt Cosmos 1. Dessverre fikk ikke den satellitten som gikk til bane, krasjet i nærheten av Russland i Barentshavet. Ti år til skulle gå før Planetary Society oppnådde sin første solfangssuksess.
Diagram over et solseil. (JPL) Misjonssjefer gikk tilbake til tegnebrettet og bestemte seg for å tenke mindre for sitt neste forsøk. Cubesats - som er omtrent på størrelse med en brød - hadde brast ut på romflukscenen, og ga et billigere alternativ til tradisjonelle, klumpete satellitter.
I følge Bill Nye førte fremkomsten av CubeSats faktisk til den nåværende firkantede seildesignen. "Et firkantet seil viser seg å være et ganske godt utgangspunkt og et ganske bra design, " sa Nye til Supercluster.
Det resulterende håndverket, kalt LightSail 1, var en nedskalert versjon av Cosmos 1. Denne minisatellitten som ble skutt i stor størrelse på skoboksen ble lansert i 2015, og traff en tur på en Atlas V-rakett og flyr til bane sammen med Luftforsvarets clandestine X-37B romfly .
En gang i bane, beviste LightSail 1 at den med hell kunne distribuere seilet sitt i vakuumet av rommet. Men den lille satellitten sto overfor et utall av problemer, inkludert programvarefeil, signaltap og batteriproblemer i løpet av oppdraget. Etter en voldsom tid i bane med lav jord, distribuerte det lille fartøyet navnebroren: fire skinnende mylarseil, noe som beviser at du kan passe et fullt lys seil i en liten pakke.
Til tross for tilbakeslag, som en demonstrasjon av teknologi, var LightSail 1 en suksess. For å feire strålte det tilbake den ultimate selfien. Men det fikk også folk til å se opp og prøvde å få øye på håndverket når det steg høyt over jorden. Nye var til og med i stand til å oppdage den bittesmå satellitten som glimret om natten da den passerte over New York Citys lysforurensede himmel.
Med svært få partikler for å bremse et lett seil ned med drag, kan det akselerere et romskip til veldig høye hastigheter over tid. (Raquel Scoggin / Supercluster) Å komme til dette punktet var en stor bragd for Planetary Society, en ideell organisasjon for å fremme romfag og utforsking. "Plass får frem det beste i oss, " sier Bill Nye. "Det appellerer til alle mennesker og alle nasjonaliteter."
Mer enn 40 000 medlemmer av Planetary Society har støttet dette oppdraget (og utviklingen av solseiling), og ga fra $ 5 til mer enn $ 1 million for å finansiere organisasjonen.
"Det er utrolig sjelden at man får en mulighet til å delta i de første stadiene av en ny fremdriftsteknologi for romfartøyer, " sier Bruce Betts, oppdragssjef i LightSail. “Det er ikke så mange. Å være i de innledende fasene, de første trinnene i solseiling, er ganske en ære. ”
**********
Gjennom årene, mens Planetary Society har bygd seilskipene sine, har andre over hele kloden også seilt.
Et testoppdrag i 2015 kalt CubeSail, bygget av Surrey Space Center i Storbritannia, ble lansert, men klarte ikke å distribuere ordentlig. Tre andre små seiloppdrag - NASAs NanoSail-D, Canadas CanX-7 og Surrey's InflateSail - hadde noen suksess, men akkurat som LightSail 1 var oppdragene deres begrenset til bane på lav jord.
Diagram over et solseil. (JPL) Japan har hatt mest suksess med solseiling så langt, ettersom det er Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun (IKAROS) som ble lansert i bane rundt solen i 2010. Når det først var inne i et dypt rom, snurret det en 46-fots bredde firkantet seil og begynte for første gang i historien å styre og endre hastigheten med solskinnet.
Romfartøyet hadde også solceller innebygd i sitt kiteformede seil for å generere strøm. Cellene ble ikke forventet å produsere mye kraft under flyging, men hjalp i stedet til å tjene som et prøveseng for fremtidige jonframdriftsmotorer.
IKAROS brukte de neste tre årene på å måle akselerasjonen sin på grunn av lett trykk. Den testet også forskjellige måter å kontrollere bevegelsen ved å bruke flytende krystaller (som ligner et LCD-elektronisk display) innebygd i seilet som kunne justere fartøyets refleksjonsevne og endre hastigheten. Elektrisitet som strømmer gjennom panelene økte refleksjonsevnen, slik at romskipet kunne akselerere fremover, mens strømmen slås av gjorde sollystrykket mer diffust.
Japanske romfartsoffiserer sier at IKAROS var i stand til å justere både kurs og orientering før oppdragets planlagte slutt i 2015. Kontakten med IKAROS er tapt, men etterfølgende sporing viser at solseilet fortsetter å sløyfe rundt solen mellom Jorden og Venus, og formen på sin bane fortsetter å endre seg som et resultat av endringer i letttrykk.
Men sammen med suksessene, viser IKAROS-data at vi fortsatt har en lang vei å gå før vi innser det fulle potensialet for solseiling. Planetary Society håper at hvis alt går etter planen, vil LightSail 2 bidra til å gjøre solseil til en pålitelig og billig drivmåte som flyr gjennom verdensrommet.
Derfra er mulighetene nesten ubegrensede. Med et lett seil kunne et romfartøy gå til månen, til asteroider, til Jupiter - hvor som helst vinden av lys blåser, uten å bruke noe drivstoff i det hele tatt.
