Ein 20 Meter langes Sonnensegel wird getestet. Bildnachweis: NASA. Klicken um zu vergrößern.
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Fraser Cain – Können Sie mir etwas Hintergrundwissen zu Sonnensegeln im Allgemeinen geben?
Edward Montgomery? Dies ist eine Technologie, an der sich unsere Agentur seit einiger Zeit interessiert, aber die Geschichte reicht mehrere hundert Jahre zurück bis zu Fredrick Sander um die Jahrhundertwende (19. In jüngerer Zeit haben wir festgestellt, dass Fortschritte in einigen bestimmten Bereichen dies zu etwas gemacht haben, das wir wirklich untersuchen müssen. Die Verbundmaterialien, die in den letzten Jahren auf den Markt kamen, beispielsweise in Sportgeräten, die aus ultraleichten Stäben bestehen, und in der Folientechnologie, die in gewisser Weise mit der Materialindustrie und den Bereichen der integrierten Schaltungen verwandt ist, und Lackzusätze. Diese Felder haben es möglich gemacht, Strukturen im Weltraum zu bauen, die hauchdünn sind, und das war uns bis vor ein paar Jahrzehnten (jetzt) nie wirklich möglich, und wenn man die Art von Masse wirklich niedrig bekommen kann, dann ist es Es braucht nicht viel Kraft, um etwas Beschleunigung und guten Vortrieb zu erzielen.
Wie kann Licht Aluminiumfolie im Weltraum antreiben?
Das ist eine sehr faszinierende Eigenschaft des Lichts; es hat keine wirkliche Masse, kann also nicht von etwas abprallen, aber tatsächlich interagiert es mit Hindernissen; es verleiht ihm eine Dynamik, und dies wurde von Einstein theoretisiert und in einer Reihe von Laborexperimenten bewiesen.
Welche Technologie testen Sie gerade bei der NASA?
Wir nehmen ein spezielles Solarsegelkonzept, das ein Rahsegel ist; Es hat 4 Gabelbäume, die herauskommen und zwischen den Gabelbäumen befinden sich dreieckige Segel, und dieses System ist darauf ausgelegt, relativ bescheidene Nutzlasten zu tragen: die Robotic Science-Nutzlast. Wir betrachten mehrere Missionen zum inneren Sonnensystem, um die Physik der Sonne und ihre Wechselwirkung mit der Erde zu studieren.
Sie würden also Ihr Sonnensegel von unserer Position aus einschicken; die Erdbahn, näher an der Sonne? Klingt für mich irgendwie nach hinten.
Nun, der Schub, den das Segel erzeugen kann, ist proportional zur Stärke des Sonnenlichts und wenn Sie sich der Sonne nähern, nimmt die Stärke dieses Vortriebs mit dem Quadrat der Entfernung zu, wenn Sie sich nähern, also funktioniert es tatsächlich viel mehr effizient nahe an der Sonne. Die geplanten Missionen, um das äußere Sonnensystem zu untersuchen; fast alle von ihnen beinhalteten, zuerst zum inneren Sonnensystem zu fliegen, nahe an der Sonne zu fliegen und einen guten Schub zu bekommen und dann auszugehen. Aber die kurzfristigen Missionen, die wir betrachten, sind Missionen, die schweben; sie gehen nicht wirklich schnell. Es gibt einen Gleichgewichtspunkt zwischen der Anziehungskraft der Erde und der Anziehungskraft der Sonne, der als Lagrange-Punkt bezeichnet wird, und wir haben jetzt Satelliten, die sich dort befinden. Das erfordert keinen besonderen Antrieb, aber wenn Sie irgendwann näher an der Sonne sitzen und schweben möchten (um zu diesem bestimmten Punkt im Weltraum zu gelangen), müssen Sie einige Antriebsfähigkeiten haben und unsere Wissenschaftler haben ein intensives Interesse an diesem Punkt sein zu wollen. Sie können sich vorstellen, dass dies ein vorteilhafter Ort sein könnte, um einige Instrumente zwischen Erde und Sonne zu platzieren, um zu verstehen, wie diese physikalische Eigenschaft ist.
Ok, ich verstehe; Es wäre, als ob die Sonne ein Fächer wäre und Sie Ihr Segel hätten und es so weit zur Sonne hinabtreiben lassen, dass die Kraft der Sonnenenergie, die von ihm ausgeht, perfekt ausbalanciert ist, um das Sonnensegel an der Spitze zu halten. Es würde nicht weiter gehen oder näher kommen.
Rechts. Das ist richtig.
An welchen Experimenten würden Sie interessiert sein, wenn Sie so nah herankommen und die Station halten könnten?
Ich bin Antriebsingenieur, kein Forscher; Sie können viel besser erklären, was genau sie studieren, aber einige der Instrumente, die sie darauf installieren möchten, messen die Magnetosphäre, sie messen hochenergetische Teilchen, während sie vorbeiziehen. Von besonderem Interesse ist das Erfassen koronaler Massenauswürfe; Dies sind die großen Flare-Ereignisse, die auf der Sonne passieren, die, sobald sie die Erde erreichen, unsere Kommunikation wirklich stören und sogar empfindliche elektronische Geräte beschädigen und zerstören können. Eine solche Flare im Jahr 1986 verursachte allein in Nordamerika einen Schaden von mehreren Millionen Dollar, daher möchten wir diese Ereignisse vorhersagen können, wenn sie eintreten, und wenn wir genügend Vorwarnzeit haben, können wir unsere Ausrüstung abschalten oder unter bestimmten Bedingungen behalten Es ist wichtig zu wissen, wann ein koronaler Massenauswurf kommt.
Was könnte die Zukunft für diese Technologie bringen, mit der Möglichkeit, das äußere Sonnensystem zu erforschen?
Nun, das ist ein guter Punkt. Wie ich gerade erwähnt habe, können diese koronalen Massenauswürfe auch für unsere Astronauten sehr schädlich sein, daher beabsichtigt die NASA in naher Zukunft, zum Mond und zum Mars zurückzukehren, über die viel diskutiert wurde. Wir müssen in der Lage sein, vorherzusagen, wann diese Ereignisse (koronale Massenauswürfe) eintreten, damit unsere Astronauten vor diesen Ereignissen in sichere Häfen gelangen können das Sonnensystem für eine Warnung dabei. (Danach) irgendwann in der Zukunft besteht ein starkes Interesse daran, die Struktur unseres Sonnensystems außerhalb der Umlaufbahn von Pluto zu verstehen, insbesondere die Heliopause, jetzt ist die Raumsonde Voyager gerade in diese Region eingedrungen; da sind einige interessante Ergebnisse zurückgekommen; und es gibt eine Menge, über die wir in dieser Region des Weltraums wissen möchten. Gleich dahinter befindet sich die sogenannte Oortsche Wolke, die angeblich der Bereich des Weltraums ist, in dem viele der Kometen, die wir sehen, die meiste Zeit ihres Lebens verbringen, aber gelegentlich kommen sie in die Sonne. Es gibt also einiges an Wissenschaft zu tun; Beobachtung und Erforschung knapp über die Ränder des Sonnensystems hinaus.
Wäre beim Bau eines Sonnensegels etwas anders als das, das in das äußere Sonnensystem reisen könnte, als das, woran Sie gerade arbeiten?
Es muss nicht sein. Sie könnten die Technologie verwenden, die wir jetzt verfolgen, um diese koronalen Massenauswurfsignale zu senden, und Sie könnten dieses Segel auf eine Mission schicken. Das Problem ist, dass es oder länger dauern würde, um zu diesen Oort-Wolken und in die Heliopause zu gelangen. Wenn wir ein Segel bauen können, das eine Größenordnung oder ein Zehntel des Gewichts für die gleiche Fläche hat; das heißt zehnmal besser, wenn Sie so wollen, dann können wir dieselbe Mission in der Hälfte der Zeit durchführen. wenn man so will.
Wie sieht der Zeitrahmen für den Prototypen, den Sie testen, und Ihre Zukunftspläne aus?
Das ist etwas, das gerade in der Agentur viel studiert wird; Insbesondere gibt es einen wissenschaftlichen Beratungsausschuss, der sich trifft und ihre wissenschaftlichen Prioritäten festlegt und den Termin festlegt, wann die Segel fertig sein müssen. Wenn es fertig sein kann?, Nun, was wir in den letzten 3 Jahren getan haben, das in diesen Tests bei Plumbrook gipfelte, ist, am Boden unser Bestes zu geben, um ein Sonnensegel in einer simulierten Weltraumumgebung zu entwickeln und zu betreiben. Der nächste Schritt ist, in den Weltraum zu steigen, und das wird ein wichtiger Schritt sein. Wir müssen das Sonnensegel wirklich einmal fliegen und sehen, wie es im Weltraum funktioniert: Die Belastungen auf die Struktur des Segels sind viel, viel geringer als hier am Boden. Die Schwerkraft belastet die Segel 4000 Mal höher als die Sonne. Eine wirklich echte Umgebung befindet sich also im Weltraum und wir müssen es (das Segel) hochheben, um es zu testen. Das sind weitere 3-5 Jahre, um so etwas zu tun, und dann ist es bereit für eine wissenschaftliche Mission; 3-5 Jahre nominelle Weltraummissionsplanungs- und Entwicklungsphase. Ich erwarte also sicherlich, innerhalb des nächsten Jahrzehnts ein Sonnensegel fliegen zu sehen.