Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på Supercluster, et websted dedikeret til at fortælle menneskehedens største historier i det ydre rum.
Carl Sagan drømte om at navigere i solsystemet på sejl, der blev skubbet af sollys, og strømme ud fra vores værtsstjerne.
Nu sigter Planetary Society, ledet af administrerende direktør Bill Nye, "The Science Guy, " at hjælpe med at gøre denne drøm til virkelighed med en satellit, der ikke er større end en skoboks. Disse "solsejl", som kun er blevet testet en håndfuld gange, kan en dag transportere rumfartøjer til andre planeter eller måske endda andre stjernesystemer.
Den næste fase af solsejlads, der blev lanceret den 24. juni, da en SpaceX Falcon Heavy raket løftede løftestolen ved Floridas Kennedy Space Center. Gemt inde i dets massive næse-kegle, blandt to dusin andre satellitter, sad et lille rumfartøj: en enhed med brød-brød, der er designet til at drive sig selv af sladder, der udnytter sollysets pres.
Håndværket, kaldet LightSail 2, kunne være begyndelsen på en ny æra med rumfart - et rum, hvor rumfartøjer glemmer raketmotorerne, de har været afhængige af i årtier, og elegant sejler på solskinsvindene. Cirka syv dage efter lanceringen springer LightSail 2 ud af sin container, forlænger fire 13-fods bommer og indsætter fire spejllignende ark Mylar, der samlet danner et 340 kvadratmeter, dragereformet sejl. Den næste del er ren kosmisk magi.
Ifølge Planetary Society vil LightSail 2 være det første håndværk til at navigere strengt efter lys, mens det er i Jordens bane. LightSail vil derefter klæbe sig som en sejlbåd for at hæve sin højde, hvilket vil tjene den forskellen ved at være det første rumfartøj, der sejler til en højere bane rundt om vores planet. Denne præstation med himmelnavigation kan være endnu et skridt hen imod Carl Sagans drøm om at rejse over kosmos på reflekterende sejl fremdrevet af lysstråler.
**********
Hvad føler du, hvis du holder dine hænder ud til solen? Varme. Men skjult blandt varmen er et pres, så minut du aldrig ville bemærke det. Lyset selv udøver en kraft, som en blæsende brise, men det er så subtilt, at du aldrig ville bemærke det. På Jorden svarer det stort set til et papirclips, der hviler i dine hænder.
Men i det næsten vakuum af rummet, selv et minuttryk, da det kan have en stor effekt, da det skubber hele tiden, time efter time, dag efter dag. Og i modsætning til raketbrændstof er der en gratis og praktisk talt ubegrænset forsyning af sollys. Hvis vi kan udnytte denne magt, kan vi bruge den; alt hvad vi har brug for er sejl. Ligesom søfarende fra gamle, fremtidige rumfartøjer (og rumfarere) kunne fremdrive sig ind i den enorme kosmiske vidde ved hjælp af solen - eller det er i det mindste sådan, som Sagan forestillede sig det.
Diagram over en rumfærgen, der frigiver et let sejl fra sin lastbugt. (JPL) Sagan havde en storslået vision for rumundersøgelsens fremtid og forestillede sig, at astro-sejlere ville deltage i intergalaktiske regattaer, kæmpe for deres rumskibe gennem universet ved at udnytte stjernelysets magt. Men han var ikke den første til at forestille sig, at menneskeheden sejler ved lys.
For fire århundreder siden strejfede en komet over himlen og fanger opmærksomheden fra den tyske astronom Johannes Kepler. Han bemærkede, at kometens hale så ud til at sprede sig bag den. Sollys, tænkte han, skal varme kometen og det frie materiale fra dets overflade. Denne skarpe observation anspurede Kepler til at tænke sollys kunne være en nyttig form for fremdrift.
”Giv skibe eller sejl tilpasset de himmelske briser, og der vil være nogle, der vil modige selv dette tomrum, ” skrev han til Galileo i 1608.
Kepler levede midt i en videnskabelig renæssance, i en tid, hvor menneskeheden begyndte at realisere sin plads i kosmos. Jorden var ikke midten af solsystemet, men faktisk en af mange planeter, der kredsede om en af mange stjerner. Da skibe - en almindelig rejseform på det tidspunkt - er drevet af vinde, forekommer det kun naturligt, at Kepler kunne forestille sig mennesker, der sejler gennem rummet på samme måde som sejlere sejler over havet.
Men det ville tage århundreder, før Keplers drømme blev en realitet.
I 1865 viste James Clerk Maxwell verden, at lys indeholdt pakker med energi kaldet fotoner, og fotoner havde fart, der kunne overføres til andre objekter. Hvis en foton kom i kontakt med et objekt som et skinnende solsejl, ville det overføre noget af dets energi og skubbe sejlet fremad.
Forskellige lette sejlformer. (Raquel Scoggin / Supercluster) Med fremskridt inden for raketry efter 2. verdenskrig og med lanceringen af Sputnik i 1957 skiftede ideen om at udforske kosmos pludselig fra science fiction til virkelighed, og solsejlads virkede igen som en lokkende form for fremdrift.
Kort efter dens begyndelse begyndte NASA at planlægge et væld af ambitiøse rumopgaver, herunder finansiering af flere undersøgelser af solsejl. I 1970'erne blev en plan udklækket til møde med en komet - den samme komet, som Kepler spionerede på himlen århundreder tidligere. Dette rumfartøj ville være udstyret med et solsejl, der bruger solens energi til at tage sin rejse. Desværre blev planen ophugget, før den nåede startpuden, men ideen om solsejlads ville leve videre.
Lou Freedman, en NASA-ingeniør, der arbejdede på den nu nedlagte mission, var stadig overbevist om, at solsejlads var en levedygtig form for fremdrift. Han (sammen med Carl Sagan og Bruce Murray, tidligere leder af NASAs Jet Propulsion Laboratory) grundlagde Planetesamfundet i 1980 for en stor del for at gøre solsejlads til en realitet.
”Solsejlads i almindelighed er blevet vævet ind i DNAet fra Planetarisk Samfund siden vi selv blev grundlagt, ” fortæller Jennifer Vaughn, foreningens hovedoperatør, til Supercluster . ”Alle tre af vores stiftere havde en hånd i de tidlige stadier af solsejlads.”
**********
At finde ud af, hvordan man bygger et enormt, letvægtigt solsejl og derefter overkommelig lancerer det i rummet, ville vise sig at være en stor udfordring. Men gruppen vedvarede, og samfundets første forsøg på solsejlads ramte til sidst startpuden i 2005 i form af et rumfartøj kaldet Cosmos 1. Desværre fik satellitten ikke det til at bane, og styrtede ned i nærheden af Rusland i Barentshav. Der skulle gå yderligere ti år, før Planetesamfundet opnåede deres første solfangssucces.
Diagram over et solsejl. (JPL) Mission ledere gik tilbage til tegnebrættet og besluttede at tænke mindre til deres næste forsøg. Cubesats - som er på størrelse med et brød - brød ud på rumflugtstedet, hvilket gav et billigere alternativ til traditionelle, klodsede satellitter.
Ifølge Bill Nye førte fremkomsten af CubeSats faktisk til det nuværende firkantede sejldesign. ”Et kvadratisk sejl viser sig at være et ret godt udgangspunkt og et temmelig godt design, ” fortalte Nye til Supercluster.
Det resulterende håndværk, kaldet LightSail 1, var en nedskaleret version af Cosmos 1. Denne shoebox-størrelse minisatellit, der blev lanceret i 2015, løftede en tur på en Atlas V-raket og flyver til bane langs Luftforsvarets clandestine X-37B rumfly .
Når det var i kredsløb, viste LightSail 1, at det med succes kunne indsætte sit sejl i rumvakuumet. Men den lille satellit stod overfor et utal af problemer, inklusive softwarefejl, signaltab og batterispørgsmål i løbet af sin mission. Efter en voldsom tid i bane med lav jord, udbredte det lille håndværk sit navn: fire skinnende mylarsejl, hvilket beviser, at du kan passe et fuldt lys sejl i en lille pakke.
På trods af sine tilbageslag, som en demonstration af teknologi, var LightSail 1 en succes. For at fejre strålede det den ultimative selfie tilbage. Men det fik også folk til at se op og forsøge at få øje på håndværket, da det steg højt over Jorden. Nye var endda i stand til at se den lille satellit, der glimt om natten, da den passerede over New York Citys lysforurenede himmel.
Med meget få partikler til at bremse et let sejle med træk kan det fremskynde et rumfartøj til meget høje hastigheder over tid. (Raquel Scoggin / Supercluster) At komme til dette punkt var en enorm præstation for Planetary Society, en non-profit dannet for at hjælpe med at fremme rumvidenskab og efterforskning. ”Rum bringer det bedste ud i os, ” siger Bill Nye. ”Det appellerer til alle mennesker og alle nationaliteter.”
Mere end 40.000 medlemmer af Planetary Society har støttet denne mission (og udviklingen af solsejlads) og doneret fra $ 5 til mere end $ 1 million til at finansiere organisationen.
”Det er utroligt sjældent, at man får en mulighed for at deltage i de første faser af en ny fremdriftsteknologi til rumfartøjer, ” siger Bruce Betts, LightSail mission manager. ”Der er ikke så mange. At være i de indledende faser, de første trin i solsejlads, er en ganske ære. ”
**********
I årenes løb, mens Planetary Society har bygget deres sejlskibe, har andre over hele kloden også sejlet.
En 2015-testmission kaldet CubeSail, bygget af Surrey Space Center i Storbritannien, blev lanceret, men kunne ikke implementeres korrekt. Tre andre små sejlmissioner - NASAs NanoSail-D, Canadas CanX-7 og Surrey's InflateSail - havde en vis succes, men ligesom LightSail 1 var deres missioner begrænset til bane på lav jord.
Diagram over et solsejl. (JPL) Japan har haft mest succes med solsejlads indtil videre, da det er Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun (IKAROS), der blev lanceret i kredsløb omkring solen i 2010. Når det først var i dybe rum, spundet det en 46 fod bred firkantet sejl og begyndte for første gang i historien at styre og skifte hastighed med solskinnet.
Rumfartøjet havde også solceller indlejret i dets drakeformede sejl for at generere elektricitet. Cellerne forventedes ikke at producere meget kraft under flyvning, men hjalp i stedet til at tjene som et testlag til fremtidige ionfremdrivningsmotorer.
IKAROS brugte de næste tre år på at måle sin acceleration på grund af let tryk. Den testede også forskellige måder at kontrollere dens bevægelse ved hjælp af flydende krystaller (der ligner et LCD-elektronisk display) indlejret i sejlet, hvilket kunne justere fartøjets refleksionsevne og ændre dets hastighed. Elektricitet, der flyder gennem panelerne, øgede refleksionsevnen, hvilket gjorde det muligt for rumfartøjet at accelerere fremad, mens strømmen slukkes gjorde sollystrykket mere diffust.
Japanske rumansvarlige siger, at IKAROS var i stand til at justere både dens kurs og orientering inden missionens planlagte afslutning i 2015. Kontakt med IKAROS er gået tabt, men efterfølgende sporing viser, at solsejlet fortsætter med at løbe rundt om solen mellem Jorden og Venus, og formen på dens bane fortsætter med at ændre sig som et resultat af ændringer i let tryk.
Men sammen med dets succeser viser IKAROS-data, at vi stadig har en lang vej at gå, inden vi realiserer det fulde potentiale ved solsejlads. Planetary Society håber, at hvis alt går efter planen, vil LightSail 2 hjælpe med at omdanne solsejl til en pålidelig, billig drivmetode til at flyve gennem rummet.
Derfra er mulighederne næsten ubegrænsede. Med et let sejl kunne et rumfartøj gå til månen, til asteroider, til Jupiter - hvor som helst vinden af vinden blæser uden at bruge noget brændstof overhovedet.
