بادبان خورشیدی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
کاوشگر فضایی ایکاروس دارای بادبان خورشیدی در پرواز (نمایش هنری)، یک بادبان معمولی با شکل مربعی نشان داده شده‌است.

بادبان خورشیدی (همچنین به عنوان بادبان فوتونی نیز شناخته می‌شود) روشی برای پیشرانش فضاپیما با استفاده از فشار تشعشعاتی است که توسط خورشید به اینه های بزرگ وارد میشود. اولین فضاپیمایی که از این فناوری استفاده کرد IKAROS بود که در سال ۲۰۱۰ به فضا پرتاب شد.


یک قیاس مفید برای قایقرانی خورشیدی ممکن است یک قایق بادبانی باشد. نوری که بر آینه ها نیرو وارد می کند، شبیه بادبانی است که توسط باد وزیده می شود. پرتوهای لیزر پرانرژی می‌توانند به‌عنوان منبع نور جایگزین برای اعمال نیروی بسیار بیشتر از آنچه با استفاده از نور خورشید امکان‌پذیر است، استفاده شوند، مفهومی که به عنوان بادبانی پرتو شناخته می‌شود. کشتی بادبانی خورشیدی امکان عملیات کم هزینه همراه با طول عمر عملیات طولانی را ارائه می دهد. از آنجایی که قطعات متحرک کمی دارند و از هیچ پیشرانه ای استفاده نمی کنند، به طور بالقوه می توان از آنها چندین بار برای تحویل محموله استفاده کرد.

بادبان‌های خورشیدی از پدیده‌ای استفاده می‌کنند که تأثیر ثابت‌شده و اندازه‌گیری‌شده‌ای بر اختر دینامیکی دارد.  فشار خورشید بر همه فضاپیماها، چه در فضای بین سیاره‌ای، چه در مدار سیاره یا جسم کوچک تأثیر می‌گذارد.  برای مثال، یک فضاپیمای معمولی که به مریخ می رود، هزاران کیلومتر بر اثر فشار خورشید جابه جا می شود، بنابراین اثرات آن باید در برنامه ریزی مسیر، که از زمان اولین فضاپیمای بین سیاره ای در دهه 1960 انجام شده است، در نظر گرفته شود.  فشار خورشید همچنین بر جهت‌گیری فضاپیما تأثیر می‌گذارد، عاملی که باید در طراحی فضاپیما لحاظ شود.
برای مثال، کل نیرویی که بر یک بادبان خورشیدی 800 در 800 متر وارد می‌شود، در فاصله زمین از خورشید حدود 5 N (1.1 پوند فوت) است که آن را به یک سیستم پیشرانه با رانش کم تبدیل می‌کند، شبیه به فضاپیمایی که توسط موتورهای الکتریکی حرکت می‌کنند، اما  از هیچ پیشرانه‌ای استفاده نمی‌کند، آن نیرو تقریباً دائماً اعمال می‌شود و اثر جمعی در طول زمان به اندازه‌ای بزرگ است که به عنوان یک روش بالقوه برای رانش فضاپیما در نظر گرفته شود.

تاریخچه مفهوم[ویرایش]

یوهانس کپلر مشاهده کرد که دنباله‌دارها از خورشید دور می‌شوند و پیشنهاد کرد که خورشید باعث این اثر شده است. او در نامه‌ای به گالیله در سال 1610 نوشت: «کشتی‌ها یا بادبان‌هایی را فراهم کنید که با نسیم‌های بهشتی سازگار باشند، و عده‌ای خواهند بود که حتی در این خلأ نیز شجاع خواهند بود». او ممکن است هنگام نوشتن این کلمات، پدیده دم دنباله دار را در ذهن داشته باشد، اگرچه انتشارات او در مورد دم دنباله دار چندین سال بعد منتشر شد.

جیمز کلرک ماکسول، در سال‌های ۱۸۶۱–۱۸۶۴، نظریه میدان‌های الکترومغناطیسی و تابش خود را منتشر کرد که نشان می‌دهد نور دارای تکانه است و بنابراین می‌تواند بر اجسام فشار وارد کند.  معادلات ماکسول پایه‌ی نظری را برای قایقرانی با فشار سبک فراهم می‌کند.  بنابراین تا سال 1864، جامعه فیزیک و فراتر از آن می‌دانستند که نور خورشید دارای حرکتی است که بر اجسام فشار وارد می‌کند.
ژول ورن در کتاب «از زمین تا ماه» که در سال 1865 منتشر شد، نوشت: «روزی سرعت‌هایی بسیار بیشتر از این [سیاره‌ها و پرتابه‌ها] ظاهر می‌شود که احتمالاً نور یا الکتریسیته عامل مکانیکی آن‌ها خواهد بود...  ما روزی به ماه، سیارات و ستارگان سفر خواهیم کرد."  این احتمالاً اولین تشخیص منتشر شده است که نور می تواند کشتی ها را در فضا حرکت دهد.
پیوتر لبدف اولین بار بود که فشار سبک را با موفقیت نشان داد که در سال 1899 با تعادل پیچشی انجام داد.  ارنست نیکولز و گوردون هال آزمایش مستقل مشابهی را در سال 1901 با استفاده از رادیومتر نیکولز انجام دادند.
Svante Arrhenius در سال 1908 امکان توزیع فشار تابش خورشیدی هاگ‌های حیات را در فواصل بین ستاره‌ای پیش‌بینی کرد و ابزاری برای توضیح مفهوم پانسپرمیا ارائه کرد.  ظاهراً او اولین دانشمندی بود که اعلام کرد نور می تواند اجسام را بین ستاره ها حرکت دهد.
کنستانتین تسیولکوفسکی برای اولین بار استفاده از فشار نور خورشید را برای به حرکت درآوردن فضاپیما در فضا پیشنهاد کرد و پیشنهاد کرد، "استفاده از آینه های عظیم از ورقه های بسیار نازک برای استفاده از فشار نور خورشید برای دستیابی به سرعت های کیهانی".
فردریش زاندر (Tsander) در سال 1925 یک مقاله فنی منتشر کرد که شامل تحلیل فنی قایقرانی خورشیدی بود.  Zander در مورد "اعمال نیروهای کوچک" با استفاده از "فشار نور یا انتقال انرژی نور به فواصل با استفاده از آینه های بسیار نازک" نوشت.
JBS Haldane در سال 1927 درباره اختراع سفینه‌های فضایی لوله‌ای که بشریت را به فضا می‌برد و اینکه چگونه بال‌هایی از فویل فلزی به مساحت یک کیلومتر مربع یا بیشتر برای گرفتن فشار تشعشع خورشید باز می‌شوند، حدس زد.
جی دی برنال در سال 1929 نوشت: "شکلی از قایقرانی فضایی ممکن است ایجاد شود که از اثر دافعه پرتوهای خورشید به جای باد استفاده کند. یک کشتی فضایی که بال‌های بزرگ و فلزی خود را به وسعت هر هکتار به طور کامل باز می‌کند، ممکن است منفجر شود.  سپس، برای افزایش سرعت خود، به سمت پایین میدان گرانشی حرکت می‌کرد، و در حالی که از کنار خورشید می‌شتابید، دوباره بادبان کامل را پخش می‌کرد.
کارل سیگان، در دهه 1970، ایده قایقرانی روی نور را با استفاده از یک ساختار غول پیکر که فوتون ها را در یک جهت منعکس می کرد، رایج کرد و حرکتی را ایجاد کرد.  او ایده های خود را در سخنرانی های دانشگاهی، کتاب ها و برنامه های تلویزیونی مطرح کرد.  او به پرتاب سریع این فضاپیمای به موقع برای انجام یک قرار ملاقات با دنباله دار هالی علاقه داشت.  متأسفانه، این مأموریت به موقع انجام نشد و او هرگز زنده نخواهد ماند تا سرانجام آن را به پایان برساند.
اولین فناوری رسمی و تلاش طراحی برای بادبان خورشیدی در سال 1976 در آزمایشگاه پیشرانه جت برای یک مأموریت پیشنهادی برای قرار ملاقات با دنباله‌دار هالی آغاز شد.
در سال 2018، پراش به عنوان یک مکانیسم رانش بادبان خورشیدی مرتبط با مزیت گرمای اتلاف کمتر پیشنهاد شد.

جستارهای وابسته[ویرایش]