Żagle słoneczne pozwolą lepiej poznać Merkurego

Żagle słoneczne opierają się na ciśnieniu wywieranym przez światło słoneczne na duże powierzchnie. Zbliżenie żagla do naszej gwiazdy zwiększa jego wydajność. Nowa misja o nazwie Mercury Scout ma na celu wykorzystanie tego faktu do eksploracji Merkurego.

W czasie nowej misji naukowcy z Brown University, Stony Brook University, JPL/CalTech, Marshall Spaceflight Center, zamierzają zmapować powierzchnię Merkurego z rozdzielczością do 1 metra, wykorzystując wysoce odblaskową powierzchnię, jaką posiadają żagle słoneczne, do oświetlania zacienionych kraterów, mogłoby to pomóc wykryć potencjalne złoża wody.

Jak tłumaczą badacze, w przeciwieństwie do konwencjonalnych silników rakietowych, które wymagają paliwa, co zwiększa ich masę, żagle słoneczne go nie potrzebują, co sprawia, że są znacznie bardziej wydajne. Samo światło padające na żagiel może napędzać sondę w przestrzeni kosmicznej. Początki tej fascynującej koncepcji sięgają 1600 roku, kiedy to Johannes Kepler zasugerował ten pomysł Galileuszowi. Ale dopiero na początku XXI wieku Planetary Society stworzyło statek kosmiczny Cosmos 1 z żaglem słonecznym. Został on wystrzelony w czerwcu 2005 roku, ale w wyniku awarii nigdy nie dotarł na orbitę. Pierwszym żaglem słonecznym w kosmosie był Ikaros, wystrzelony przez Japońską Agencję Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej, który potwierdził możliwość wykorzystania tej technologii.

„Od 1905 roku wiadomo, że światło składa się z maleńkich cząstek zwanych fotonami. Nie mają one masy, ale podróżując w przestrzeni mają pęd. Kiedy piłka tenisowa uderza w rakietę, odbija się od strun i część pędu piłki jest przenoszona na rakietę. W bardzo podobny sposób fotony światła uderzające w żagiel słoneczny przenoszą część swojego pędu na żagiel, nadając mu niewielkie pchnięcie. Większa liczba fotonów uderzających w żagiel powoduje kolejne niewielkie pchnięcia, a w miarę ich narastania statek kosmiczny powoli przyspiesza” – tłumaczą naukowcy.

Po osiągnięciu orbity okołoziemskiej, Mercury Scout wykorzysta ideę żagla słonecznego jako głównego napędu. Głównymi celami misji będzie mapowanie rozmieszczenia minerałów na powierzchni, obrazowanie w wysokiej rozdzielczości do 1 metra oraz identyfikacja złóż lodu w stale zacienionych kraterach. Żagiel słoneczny został wybrany, ponieważ oferuje znaczące korzyści techniczne i finansowe, obniżając całkowity koszt i skracając czas lotu do Merkurego.

Aby napędzać moduł Mercury Scout, żagiel będzie miał powierzchnię około 2500 metrów kwadratowych i grubość 2,5 mikrometra (10⁻⁶ m). Będzie wykonany z aluminiowanego CP1, który jest podobny do tego używanego w osłonie termicznej Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Cztery oddzielne ćwiartki żagla będą rozwijać się wzdłuż wsporników z włókna węglowego. Dzięki temu napędowi misja ma dotrzeć do Merkurego w ciągu 3,8 roku. Po dotarciu na miejsce zostanie przeniesiony na orbitę polarną, a następnie spędzi kolejne 176 dni na mapowaniu całej powierzchni.

W przeciwieństwie do innych, bardziej tradycyjnych silników rakietowych, których żywotność jest zwykle ograniczona dostępnością paliwa, żagiel słoneczny jest ograniczony degradacją materiału żagla. Jego żywotność wynosi około 10 lat. Badane są dodatkowe powłoki, aby sprawdzić, czy możliwe będzie wydłużenie możliwości jego wykorzystania.

Emil Gołoś