Nơi bạn có thể du hành trong không gian tùy thuộc vào lượng nhiên liệu mà bạn đã sử dụng trên tên lửa và mức độ hiệu quả mà bạn có thể sử dụng. Bạn chỉ cần bắt chúng.
Và ngay bây giờ, tàu vũ trụ LightSail 2 mới của Hiệp hội hành tinh đang thử nghiệm xem nó sẽ hoạt động tốt như thế nào.
Những cánh buồm mặt trời là một ý tưởng khéo léo được nghĩ đến đầu tiên bởi Julian Kepler vào những năm 1600, khi ông tưởng tượng rằng những cánh buồm và tàu có thể thích nghi với du hành vũ trụ. Tất nhiên, anh ấy đã hoàn toàn hiểu về vật lý liên quan.
Nhưng với những khám phá lớn về vật lý hạt và cơ học lượng tử vào đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học nhận ra rằng chính ánh sáng có thể hoạt động giống như một cơn gió thổi một cánh buồm trong không gian.
Mặc dù các photon không có khối lượng, chúng có thể truyền động lượng khi chúng bật ra khỏi bề mặt phản chiếu cao - đây là một cánh buồm nhẹ. Nó không nhiều lắm, nhưng trong không gian vũ trụ, không có sức cản không khí để làm chậm cánh buồm. Với đủ photon và đủ thời gian, một cánh buồm nhẹ có thể tăng tốc lên tốc độ cực cao.
Sử dụng một tên lửa hóa học, bạn có thể chuyển đổi toàn bộ khối lượng của Vũ trụ quan sát được thành nhiên liệu tên lửa và bạn sẽ nhận được một con tàu vũ trụ nhỏ đi nhanh hơn 0,2% tốc độ ánh sáng. Nhưng về mặt lý thuyết, một cánh buồm nhẹ có thể đưa bạn đến những vận tốc tương đối tính, đi từ ngôi sao này sang ngôi sao khác trong cuộc đời của con người.
Vì nhiên liệu tự do không giới hạn đến từ Mặt trời, và vận tốc lớn là có thể, tại sao aren lại có cánh buồm mặt trời ở khắp mọi nơi?
Câu hỏi hay.
Đó là một câu hỏi mà Hội Hành tinh đã bị ám ảnh trong nhiều năm nay và cuối cùng họ đã đưa ra một cánh buồm mặt trời thực sự để thử và tìm hiểu xem chúng thực sự hoạt động tốt như thế nào.
Quay trở lại năm 2005, họ đã cố gắng phóng chiếc thuyền buồm mặt trời đầu tiên trên thế giới, Cosmos 1, nhưng một sự cố tên lửa đã phá hủy nó. Sau đó, họ quay trở lại làm việc, phát triển LightSail 1, được ra mắt vào năm 2015 và đã thử nghiệm thành công việc triển khai cánh buồm mặt trời của họ trong không gian.
Và cuối cùng, vào năm 2019, Hội Hành tinh đã sẵn sàng để thực sự thử chèo thuyền trong không gian.
Vào ngày 25 tháng 6 năm 2019, một chiếc SpaceX Falcon Heavy đã nổ tung từ Florida Land Cape Canaveral mang theo 24 tàu vũ trụ cho nhiệm vụ STP-2 của Không quân Hoa Kỳ. Đây là lần thứ ba Falcon Heavy ra mắt, và tất cả chúng tôi đều hy vọng nó sẽ hạ cánh thành công giai đoạn giữa của nó. Uh, không nhiều lắm, mà vẫn còn trong danh sách việc cần làm. Nhưng đó không phải là những gì video này nói về.
Dù sao, ngoài các vệ tinh bí ẩn của Không quân, Falcon Heavy còn mang theo Hội hành tinh hành tinh Light LightSail 2 trên tàu vũ trụ tàu sân bay Prox-1 của nó, nó phóng ra ở độ cao 720 km.
Sau đó vào ngày 23 tháng 7 năm 2019, tàu vũ trụ đã triển khai cánh buồm mặt trời của nó.
Nó mở các mảng năng lượng mặt trời có bản lề, và sau đó không điều khiển bốn chiếc, giống như những chiếc thuyền buồm đang bùng nổ, quay ra 4 cánh buồm hình tam giác, triển khai 32 mét vuông diện tích cánh buồm.
Điều quan trọng cần lưu ý là tàu vũ trụ này rất nhỏ, với trọng lượng chỉ 5 kg hoặc 11 pounds, tương đương với một ổ bánh mì.
Khi nó quay quanh Trái đất, tàu vũ trụ xoay cánh buồm vào và ra khỏi ánh sáng mặt trời, với mỗi giai đoạn nâng quỹ đạo của nó lên vài trăm mét mỗi ngày.
Điều này nghe có vẻ tuyệt vời, thật không may, LightSail 2 không có các hệ thống điều khiển trên tàu để kiểm soát góc của nó đủ cẩn thận để duy trì trong quỹ đạo vô thời hạn.
Trong khi nó leo lên quỹ đạo của nó ở một phía của Trái đất vài trăm mét mỗi ngày, thì nó có thể nghiêng nghiêng các cánh buồm đủ chính xác để ngăn chặn việc hạ thấp quỹ đạo của nó ở phía bên kia hành tinh. Cuối cùng, nó sẽ nhúng vào bầu khí quyển Trái đất và đốt cháy.
Nhưng hy vọng, các kỹ sư tại Hiệp hội hành tinh cuối cùng sẽ biết được một cánh buồm mặt trời có thể thực tế như thế nào đối với việc thám hiểm không gian.
Nó vẫn còn trên quỹ đạo và gửi lại những bức ảnh tuyệt vời về hành tinh quê nhà của chúng ta.
Với Hiệp hội hành tinh, LightSail 2 gửi dữ liệu về nhà, dạy các bộ điều khiển nhiệm vụ đi thuyền trong không gian, đây sẽ là những bài học quý giá cho các nhiệm vụ trong tương lai có thể sử dụng công nghệ này như một phương pháp đẩy thực tế.
Một nhiệm vụ trong các tác phẩm là Hướng đạo tiểu hành tinh gần Trái đất của NASA, hay Hướng đạo NEA. Nhiệm vụ Cubesat này có thể bay như một trọng tải thứ cấp với thử nghiệm đầu tiên của Hệ thống phóng không gian vũ trụ của NASA, nhiệm vụ EM-1 chưa được thực hiện, có thể khởi động vào đầu tháng 6 năm 2020.
Sau khi triển khai từ viên nang Orion, NEA Scout sẽ tháo gỡ các cánh buồm mặt trời của nó, gấp đôi kích thước của LightSail 2, và sau đó mất hai năm để đi đến một tiểu hành tinh gần Trái đất để nghiên cứu nó gần.
Chúng tôi không biết mục tiêu này, nhưng một điểm đến tiềm năng có thể là vật thể gần Trái đất 1991 VG, được phát hiện vào năm 1991 ngay trước khi nó đi qua khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trăng. Và sau đó nó đã trở lại vào tháng 8 năm 2017. Chúng tôi sẽ muốn để mắt đến tảng đá đó như một mối đe dọa tiềm tàng, nhưng cũng là một kho tàng kim loại và khoáng chất có thể giúp hỗ trợ cho việc thăm dò Hệ mặt trời trong tương lai.
Một nhiệm vụ khác có thể sử dụng một cánh buồm mặt trời là Nhật Bản Kite Oversize Kite-craft cho Thám hiểm và Du hành vũ trụ trong Hệ mặt trời bên ngoài hoặc OKESEOS. Đây sẽ là một nhiệm vụ cho các tiểu hành tinh Trojan, được đặt tại Điểm Lagrange L4 và L5 Sun-Jupiter.
Đây là một nơi lý tưởng để nghiên cứu các tiểu hành tinh vì Sao Mộc và lực hấp dẫn của Mặt trời đã nhốt một số lượng lớn tại một điểm và một nhiệm vụ có thể dễ dàng lấy mẫu nhiều tiểu hành tinh khác nhau.
OKESEOS sẽ có một cánh buồm mặt trời lai, được bao phủ trong các tấm pin mặt trời mà nó cũng sẽ sử dụng để cung cấp điện cho các thiết bị và động cơ ion của mình.
Nhật Bản là một trong những quốc gia đầu tiên từng thử nghiệm một cánh buồm mặt trời, với nhiệm vụ IKAROS của họ đã được triển khai vào năm 2010, và cuối cùng đã đạt được tốc độ hàng trăm mét một giây khi sử dụng cánh buồm mặt trời.
OKESEOS thậm chí có thể đi kèm với một tàu đổ bộ. Nhờ kinh nghiệm của họ với Hayabusa2 và tiểu hành tinh Ryugu, JAXA đã học được rất nhiều về việc hạ cánh và thu thập các mẫu từ các tiểu hành tinh nhỏ.
Nếu mọi việc suôn sẻ, OKESEOS sẽ phóng vào giữa những năm 2020 trên một chiếc xe phóng H-IIA, sử dụng một số hỗ trợ trọng lực để thực hiện hành trình tới Sao Mộc. Và nếu nhiệm vụ thực sự thành công, nó thậm chí có thể mang một mẫu tiểu hành tinh Trojan về nhà.
NASA thậm chí đang xem xét bổ sung một cánh buồm mặt trời vào Cổng không gian mặt trăng sâu. Trong một sự kiện lập kế hoạch đặc biệt cho Cổng không gian sâu vào năm 2017, các thành viên của Cơ quan Vũ trụ Canada đã trình bày khái niệm về một cánh buồm mặt trời có thể được thêm vào nhà ga. Ánh sáng liên tục từ Mặt trời sẽ tạo ra lực đẩy liên tục mà trạm có thể sử dụng để duy trì quỹ đạo của nó mà không cần lực đẩy. Được tổ chức trên một cánh tay robot của Canada - còn gì nữa - một cánh buồm mặt trời rộng 50 mét vuông có thể cứu trạm 9 kg hydrazine mỗi năm, rất tốn kém để mang từ Trái đất lên Mặt trăng.
Một nhiệm vụ mà bạn có thể quen thuộc là khái niệm Đột phá Starshot. Thay vì sử dụng ánh sáng từ Mặt trời làm lực đẩy, Đột phá Starshot hy vọng sẽ sử dụng các tia laser mạnh mẽ sẽ tăng tốc các vệ tinh nhỏ lên vận tốc giữa các vì sao.
Đây có thể là tàu vũ trụ đầu tiên từng gửi hình ảnh về nhà từ một hệ sao khác. Chúng tôi đã thực hiện toàn bộ tập phim về điều này và một nhiệm vụ cánh buồm laser nặng hơn có tên Project Dragonfly.
Thật không may, nó mất nhiều thời gian hơn cho các cơ quan không gian để kết hợp các cánh buồm mặt trời vào các nhiệm vụ của họ hơn tôi mong đợi. Nó có thể hiểu được, họ rất phức tạp và mong manh và yêu cầu định hướng chính xác. Điều có ý nghĩa là các nhà hoạch định sứ mệnh sẽ sử dụng tên lửa hóa học đã thử và đúng, hoặc động cơ ion hiệu quả để đẩy tàu vũ trụ của họ đi qua Hệ Mặt Trời.
Nhưng khi ngày càng có nhiều cánh buồm mặt trời được phóng và thử nghiệm, các kỹ sư sẽ trở nên tự tin hơn về những cách tốt nhất để sử dụng chúng như một phần của nhiệm vụ. Tôi có thể tưởng tượng một tương lai khi hầu hết mọi nhiệm vụ đều có một chiếc thuyền mặt trời dự phòng trên tàu, chỉ trong trường hợp có sự cố xảy ra với động cơ chính.
Ivve luôn bị cuốn hút bởi khả năng chèo thuyền mặt trời, và tôi đã theo dõi từng khám phá và bước về phía trước với sự phấn khích. Tôi thực sự vui mừng Hội Hành tinh đã đi xa đến mức này với các thử nghiệm của họ. Họ đã thực hiện toàn bộ nhiệm vụ với số tiền 7 triệu đô la, được tài trợ bởi các thành viên Hiệp hội hành tinh, công dân tư nhân và một chiến dịch Kickstart. Nếu bạn muốn hỗ trợ các nhiệm vụ này và trong tương lai để giúp khám phá Hệ mặt trời, hãy truy cập hành tinh.org để tìm hiểu thêm.
