Günəş yelkəni bir ulduzun yaydığı işıq və yüksək sürətli qazların təzyiqindən (günəş işığı təzyiqi də adlanır) istifadə edərək kosmik gəmini hərəkətə gətirmək üsuludur. Gəlin onun cihazına daha yaxından nəzər salaq.
Yelkəndən istifadə uzun ömür ilə birlikdə ucuz kosmos səyahəti deməkdir. Çoxlu hərəkət edən hissələrin olmaması, eləcə də yanacaqdan istifadə ehtiyacı səbəbindən belə bir gəmi faydalı yüklərin çatdırılması üçün potensial olaraq təkrar istifadə edilə bilər. İşıq və ya foton yelkən adları da bəzən istifadə olunur.
Konsept hekayəsi
Johannes Kepler bir dəfə kometin quyruğunun Günəşdən uzağa baxdığını fərq etmiş və bu effekti yaradan ulduz olduğunu irəli sürmüşdü. 1610-cu ildə Qalileoya yazdığı məktubda o, yazırdı: "Gəmiyə günəş mehinə uyğunlaşdırılmış yelkən təqdim edin və bu boşluğu kəşf etməyə cəsarət edənlər olacaq". Ola bilsin ki, bu sözlərlə o, məhz "kometa quyruğu" fenomeninə istinad edib, baxmayaraq ki, bu mövzuda nəşrlər bir neçə ildən sonra ortaya çıxdı.
Ceyms K. Maksvel XIX əsrin 60-cı illərində elektromaqnit sahəsi nəzəriyyəsini nəşr etdi vəradiasiya, o, işığın təcil olduğunu və beləliklə cisimlərə təzyiq göstərə biləcəyini göstərdi. Maksvell tənlikləri yüngül təzyiqlə hərəkət üçün nəzəri əsas yaradır. Buna görə də, hələ 1864-cü ildə fizika ictimaiyyətinin daxilində və xaricində günəş işığının cisimlərə təzyiq göstərən impuls daşıdığı məlum idi.
Əvvəlcə Pyotr Lebedev 1899-cu ildə işığın təzyiqini eksperimental olaraq nümayiş etdirdi, sonra Ernest Nikols və Qordon Hull 1901-ci ildə Nikols radiometrindən istifadə edərək oxşar müstəqil təcrübə apardılar.
Albert Eynşteyn kütlə və enerjinin ekvivalentliyini qəbul edərək fərqli bir formula təqdim etdi. İndi sadəcə olaraq p=E/c-ni impuls, enerji və işığın sürəti arasındakı nisbət kimi yaza bilərik.
Svante Arrhenius 1908-ci ildə ulduzlararası məsafələrdə canlı sporlar daşıyan günəş radiasiyasının təzyiqinin mümkünlüyünü və nəticədə panspermiya anlayışını proqnozlaşdırmışdı. O, işığın ulduzlar arasında cisimləri hərəkət etdirə biləcəyini iddia edən ilk alim idi.
Fridrix Zander günəş yelkəninin texniki analizini ehtiva edən bir məqalə dərc etdi. O, "nəhəng və çox nazik güzgü təbəqələrinin istifadəsi" və "kosmik sürətlərə nail olmaq üçün günəş işığının təzyiqi" haqqında yazmışdı.
Bu texnologiyanı inkişaf etdirmək üçün ilk rəsmi layihələr 1976-cı ildə Reaktiv Sürət Laboratoriyasında Halley Kometi ilə təklif edilən görüş missiyası üçün başladı.
Günəş yelkəni necə işləyir
İşıq planetin orbitində və ya içərisində olan bütün nəqliyyat vasitələrinə təsir edirplanetlərarası fəza. Məsələn, Marsa uçan adi kosmik gəmi Günəşdən 1000 km-dən çox uzaqda olardı. Bu təsirlər 1960-cı illərdə ilk planetlərarası kosmik gəmidən bəri kosmosa səyahət trayektoriyasının planlaşdırılmasında nəzərə alınmışdır. Radiasiya avtomobilin vəziyyətinə də təsir edir və gəminin dizaynında bu amil nəzərə alınmalıdır. Günəş yelkənindəki qüvvə 1 nyuton və ya daha azdır.
Bu texnologiyanın istifadəsi istənilən hərəkətin aşağı sürətlə həyata keçirildiyi ulduzlararası orbitlərdə rahatdır. Yüngül yelkənin güc vektoru günəş xətti boyunca yönəldilmişdir ki, bu da orbitin enerjisini və bucaq impulsunu artırır və bu, gəminin günəşdən uzaqlaşmasına səbəb olur. Orbitin meylini dəyişmək üçün qüvvə vektoru sürət vektorunun müstəvisindən kənardadır.
Mövqe nəzarəti
Kosmik gəminin Münasibətə Nəzarət Sistemi (ACS) Kainatda səyahət edərkən istədiyiniz mövqeyə çatmaq və onu dəyişdirmək üçün lazımdır. Aparatın təyin edilmiş mövqeyi çox yavaş dəyişir, planetlərarası məkanda çox vaxt gündə bir dərəcədən az olur. Bu proses planetlərin orbitlərində daha sürətli baş verir. Günəş yelkənindən istifadə edən avtomobil üçün idarəetmə sistemi bütün oriyentasiya tələblərinə cavab verməlidir.
Nəzarət gəminin təzyiq mərkəzi ilə kütlə mərkəzi arasında nisbi yerdəyişmə ilə əldə edilir. Buna nəzarət qanadları, fərdi yelkənlərin hərəkəti, idarəetmə kütləsinin hərəkət etdirilməsi və ya əks etdiricinin dəyişdirilməsi ilə nail olmaq olar.bacarıqlar.
Dayanıqlı vəziyyətdə xalis fırlanma anı sıfırda saxlamaq üçün ACS tələb olunur. Yelkənin qüvvə anı trayektoriya boyunca sabit deyil. Günəşdən məsafə və bucaqla dəyişir, bu da yelkənin şaftını düzəldir və dayaq strukturunun bəzi elementlərini əyir, nəticədə qüvvə və fırlanma momenti dəyişir.
Məhdudiyyətlər
Günəş yelkəni Yerdən 800 km-dən aşağı hündürlükdə işləyə bilməyəcək, çünki bu məsafəyə qədər hava müqavimət qüvvəsi yüngül təzyiq qüvvəsini üstələyir. Yəni günəş təzyiqinin təsiri zəif nəzərə çarpır və bu, sadəcə işləməyəcək. Yelkənli gəminin dönmə sürəti orbitə uyğun olmalıdır, bu, adətən yalnız fırlanan disk konfiqurasiyaları üçün problem yaradır.
İşləmə temperaturu günəş məsafəsi, bucaq, əks etdirmə qabiliyyəti, ön və arxa radiatorlardan asılıdır. Yelkən yalnız temperaturun maddi hüdudları daxilində saxlandığı yerlərdə istifadə edilə bilər. Gəmi bu şərtlər üçün diqqətlə hazırlanmışdırsa, o, ümumiyyətlə günəşə kifayət qədər yaxın, təxminən 0,25 AB-də istifadə edilə bilər.
Konfiqurasiya
Erik Drexler xüsusi materialdan günəş yelkəninin prototipini düzəltdi. Bu, qalınlığı 30 ilə 100 nanometr arasında olan nazik alüminium plyonka panelli çərçivədir. Yelkən fırlanır və daim təzyiq altında olmalıdır. Bu tip struktur vahid kütlə üçün yüksək sahəyə malikdir və buna görə dəsürətləndirilməsi, yerləşdirilə bilən plastik filmlərə əsaslananlardan "əlli dəfə sürətli". Bu, yelkənin qaranlıq tərəfində dirəkləri və əkiz xətləri olan kvadrat yelkəndir. Naqilləri tutmaq üçün dörd kəsişən dirək və biri mərkəzə perpendikulyar.
Elektron dizayn
Pekka Janhunen elektrik yelkənini icad etdi. Mexanik olaraq, ənənəvi işıq dizaynı ilə çox az ümumi cəhət var. Yelkənlər gəminin ətrafında radial şəkildə düzülmüş keçirici kabellər (tellər) ilə əvəz olunur. Onlar elektrik sahəsi yaradırlar. Ətrafdakı günəş küləyinin plazmasına bir neçə onlarla metr uzanır. Günəş elektronları elektrik sahəsi tərəfindən əks olunur (ənənəvi günəş yelkənindəki fotonlar kimi). Naqillərin elektrik yükünü tənzimləyərək gəmini idarə etmək olar. Elektrik yelkənində təxminən 20 km uzunluğunda 50-100 düzəldilmiş naqil var.
Nədən hazırlanır?
Drekslerin günəş yelkəni üçün hazırlanmış material 0,1 mikrometr qalınlığında nazik alüminium plyonkadır. Gözlənildiyi kimi, o, kosmosda istifadə üçün kifayət qədər güc və etibarlılıq nümayiş etdirdi, lakin qatlama, işə salma və yerləşdirmə üçün yox.
Müasir dizaynlarda ən çox yayılmış material 2 mikron ölçülü alüminium film "Kapton"dur. Günəşə yaxın yüksək temperaturlara davamlıdır və kifayət qədər güclüdür.
Bəzi nəzəri olanlar var iditoxunmuş "boşluqların" işığın dalğa uzunluğunun yarısından az olduğu nanoboru parça şəbəkələrinə əsaslanan qabaqcıl, güclü, ultra yüngül yelkən yaratmaq üçün molekulyar istehsal üsullarının tətbiqi ilə bağlı fərziyyə. Belə material yalnız laboratoriyada yaradılmışdır və sənaye miqyasında istehsal vasitələri hələ mövcud deyil.
Yüngül yelkən ulduzlararası səyahət üçün böyük perspektivlər açır. Təbii ki, belə bir kosmik gəmi dizaynı bəşəriyyət üçün adi bir şeyə çevrilən kainatda səyahət etməzdən əvvəl hələ çox sual və problemlərlə qarşılaşmalı olacaqsınız.
