เช่นเดียวกับยานอวกาศส่วนใหญ่ ภารกิจ CHEOPS ที่ เปิดตัวเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว ใช้จรวดเคมีเพื่อปรับตำแหน่งเมื่ออยู่ในวงโคจร อย่างไรก็ตาม จรวดที่มีมวลสูงดังกล่าวได้กระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์อวกาศสำรวจทางเลือกอื่น เช่น “ใบเรือเบา” ที่ทำให้ยานอวกาศสามารถนำทางโดยใช้แรงดันรังสีจากแสงได้ เช่นเดียวกับเรือเดินสมุทรสมัยก่อนใช้ลมเพื่อเดินทางในทะเลหลวง
ทีมนักวิจัยในสหรัฐฯ ได้ก้าวไปสู่การแล่นเรือ
ด้วยแสงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยการทดสอบการออกแบบต้นแบบที่ใช้เลเซอร์และตะแกรงเลี้ยวเบนแสง มากกว่าแสงแดดและกระจกที่เคยใช้มาก่อนการออกแบบ Light Sail ที่ง่ายที่สุด เช่น การออกแบบที่ปรับใช้โดยภารกิจIKAROSของJAXA หรือ LightSail 2 ที่ได้รับทุนสนับสนุนจากเอกชน ใช้กระจกบานใหญ่และบางเพื่อสะท้อนแสงอาทิตย์ แม้ว่าแรงขับเคลื่อนจากใบเรือประเภทนี้จะมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงเคมี แต่ยานอวกาศที่อาศัยใบเรือไม่จำเป็นต้องบรรทุกเชื้อเพลิงของตัวเอง ข้อดีอีกประการหนึ่งคือ “เชื้อเพลิง” ของพวกมันจะไม่มีวันหมดตราบเท่าที่เรือยังสว่างอยู่ ทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับภารกิจอวกาศระยะไกลในอนาคตที่ต้องใช้พลังงานมากกว่าที่สารขับเคลื่อนทางเคมีสามารถจ่ายได้
อยู่ในแนวเดียวกันโดยหลักการแล้วระบบขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์สามารถรักษาข้อดีเหล่านี้ไว้ได้หลายอย่างในขณะเดียวกันก็ให้อัตราเร่งที่สูงกว่ามาก ปัญหาคือถ้าการแล่นเรือของยานอวกาศดังกล่าวไม่อยู่ในแนวเดียวกับแกนกลางของลำแสงเลเซอร์ ยานก็จะสูญเสียพลังงาน
ทีมที่นำโดยGrover Swartzlander
จากสถาบันเทคโนโลยีโรเชสเตอร์ (RIT) ได้พัฒนาวิธีแก้ปัญหานี้ ในระบบ RIT ลำแสงเลเซอร์ขับเคลื่อนจะส่องไปที่ตะแกรงเลี้ยวเบนที่อยู่ติดกัน ตะแกรงที่จับคู่เหล่านี้จัดวางโดยให้ตะแกรงด้านซ้ายเบี่ยงเบนแสงเลเซอร์ตกกระทบไปทางขวาเล็กน้อย ในขณะที่ตะแกรงด้านขวาเบี่ยงเบนไปทางซ้ายเล็กน้อย ผลที่ได้คือแรงที่ขับเคลื่อนยานไปข้างหน้า บวกกับคู่ของแรงด้านข้างที่เป็นปฏิปักษ์ที่เพิ่มขนาดเมื่อลำแสงเคลื่อนห่างจากศูนย์กลางมากขึ้น ดังนั้น เมื่อตะแกรงสองข้างเคลื่อนออกจากตำแหน่งสมดุล แรงด้านข้างผลักมันกลับ ปล่อยให้ใบเรืออยู่ในแนวเดียวกัน
แรงขนาดนาโนนิวตันปรับศูนย์กลางใบเรืออีกครั้ง
เทคโนโลยี “บีมไรเดอร์” ตามที่ได้รับการขนานนามว่า ผ่านการทดสอบเบื้องต้นในห้องปฏิบัติการด้วยการสาธิตต้นแบบขนาดเซนติเมตร ในอุปกรณ์นี้ ตะแกรงบางไมครอนทำจากผลึกเหลวนีมาติกจับจ้องไปที่ฟิล์มโพลีเมอร์หนา 100 ไมครอนเพื่อรองรับโครงสร้าง แกนแอนไอโซโทรปีของผลึกจะหมุนในระนาบตะแกรงและจัดเรียงในรูปแบบเป็นระยะเพื่อสร้างการโก่งตัวตามที่ต้องการ
saeo_V1e และฉายแสงเลเซอร์ไปที่กึ่งกลาง เมื่อใช้การถ่ายภาพเหลื่อมเวลาและการวัดแรง พวกเขาสังเกตเห็นว่าเมื่อตำแหน่งของลำแสงเคลื่อนออกจากสมดุล แรงขนาดนาโนนิวตันจะปรับศูนย์อุปกรณ์ใหม่เพื่อให้กลับมาอยู่ในแนวเดียวกับลำแสง
มองไปข้างหน้างานวิจัยซึ่งมีรายละเอียด
อยู่ในPhysical Review Lettersยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นและมีความท้าทายมากมายที่ต้องเอาชนะ คำถามสำคัญประการหนึ่งคือเทคโนโลยีสามารถทำงานในแนวตั้งและแนวนอนได้หรือไม่ และด้วยเหตุนี้จึงควบคุมระยะห่างของยานอวกาศและการหันเหจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง ทีม RIT วางแผนที่จะทดสอบการออกแบบในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้าเพื่อหาคำตอบ
เมื่อมองไปข้างหน้า Swartzlander กล่าวว่าเขาหวังว่าจะใช้ใบเรือแบบเลี้ยวเบนของทีมบนยานอวกาศที่จะบินกล้องไปทางขั้วเหนือและขั้วใต้ของดวงอาทิตย์ “ใบเรือเหล่านี้โปร่งใส ดังนั้นพวกมันจะไม่ดูดซับความร้อนจำนวนมากจากดวงอาทิตย์ และเราจะไม่มีปัญหาการจัดการความร้อนเหมือนกับที่คุณทำกับพื้นผิวโลหะ (แบบธรรมดาที่สะท้อนแสง)” เขากล่าว เขาคาดการณ์ว่าจะใช้เวลาห้าปีกว่าที่ยานอวกาศดังกล่าวจะไปถึงขั้วสุริยะและสร้างภาพโดยตรงครั้งแรกของภูมิภาคที่ไม่มีใครสังเกตเห็นเหล่านี้
‘Oumuamua: ผู้มาเยือนจากดาวดวงอื่น ในอนาคตอันไกลโพ้น Swartzlander เชื่อว่ายานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยใบเรืออาจครองตำแหน่งที่โดดเด่นในเศรษฐกิจอวกาศที่กำลังพัฒนา “เรือเดินทะเลสุริยะที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้สามารถนำมาใช้ในการขนส่งทรัพยากรอันมีค่าทั่วทั้งระบบสุริยะโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง ขนน้ำและแร่ธาตุไปยังโรงงานแปรรูปที่โคจรอยู่” เขากล่าวกับPhysics World
Philip Lubinจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บาราผู้ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยกล่าวว่างานของทีม RIT เกี่ยวกับตัวสะท้อนแสงแบบกระจายแสงสำหรับใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์และแสงเลเซอร์เป็น “ก้าวที่สำคัญมากในการก้าวไปข้างหน้า” ในมุมมองของเขา การศึกษาซึ่งได้รับการสนับสนุนจาก NASA แสดงให้เห็นว่าวัสดุสั่งทำพิเศษที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม เช่น กระจกสะท้อนแสงแบบกระจายแสงและโฟโตนิกคริสตัลมีลักษณะเฉพาะและเป็นที่ต้องการอย่างสูง รวมถึงความสามารถในการติดตามลำแสง (สำหรับใบเรือเลเซอร์) และการ เสถียร (สำหรับเรือเลเซอร์และโซลาร์เซลล์) “งานที่ยอดเยี่ยมและยังมีอีกมากที่จะตามมา” เขากล่าวสรุป
ขจัดการคาดเดาและอคติ”โครงสร้างนาโนเฟลก 20396 GO ของเราต้องใช้เวลาหลายปีในการทำงานและกว่า 30 ล้านชั่วโมงของซูเปอร์คอมพิวเตอร์หลักในการสร้างในระดับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์” เขาอธิบาย “การลดชุดนี้ลงเหลือ 28 โครงสร้างที่สำคัญที่สุดจะช่วยให้กลุ่มวิจัยอื่นๆ สามารถคาดการณ์เกี่ยวกับ GO ที่เป็นตัวแทนและเชื่อถือได้ในเสี้ยวเวลานี้”
วิธีการนี้ยังขจัดการคาดเดาและอคติในแบบจำลองการคำนวณของ GO และให้ความสอดคล้องที่จำเป็นสำหรับการเปรียบเทียบอีกด้วย เขากล่าวเสริม “หากนักวิจัยทั้งหมดที่ทำงานเกี่ยวกับ GO ใช้โครงสร้างแบบจำลองเดียวกัน เราก็สามารถเปรียบเทียบและเชื่อมโยงผลลัพธ์จากห้องปฏิบัติการทั่วโลกได้อย่างง่ายดาย”
Credit : zakopanetours.net ianwalk.com immergentrecords.com imperialvalleyusbc.org inmoportalgalicia.net iranwebshop.info ispycameltoes.info italiapandorashop.net jpjpwallet.net l3paperhanging.org
