Ηλιακό πανί
Τα ηλιακά πανιά (ή πανιά φωτός ή πανιά φωτονίων) είναι μια προτεινόμενη μέθοδος προώθησης διαστημικών σκαφών με χρήση της πίεσης ακτινοβολίας που ασκείται από το ηλιακό φως. Η λέξη "πανί" είναι κατ' αναλογία με τα σκάφη που χρησιμοποιούν πανί για να χρησιμοποιήσουν τον άνεμο για να κινηθούν. Η ιδέα προτάθηκε για πρώτη φορά τον 17ο αιώνα από τον Γιοχάνες Κέπλερ. Είχε μια θεωρία ότι τα πανιά θα μπορούσαν να προσαρμοστούν στις "ουράνιες αύρες".
Το 1865, ο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ δημοσίευσε τη θεωρία του για τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία και την ακτινοβολία. Έδειξε ότι το φως (μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας) μπορεί να ασκήσει πίεση σε ένα αντικείμενο. Η πίεση αυτή ονομάζεται πίεση ακτινοβολίας. Αυτό αποτέλεσε τη βάση για την επιστήμη πίσω από το ηλιακό πανί. Η ηλιακή ακτινοβολία ασκεί πίεση στο πανί λόγω της ανάκλασης και ενός μικρού μέρους που απορροφάται.
Η ηλιακή πίεση δρα σε διαστημόπλοια, στο διάστημα ή σε τροχιά γύρω από έναν πλανήτη. Ένα τυπικό διαστημόπλοιο που πηγαίνει στον Άρη, για παράδειγμα, μετατοπίζεται κατά χιλιάδες χιλιόμετρα από την ηλιακή πίεση. Οι επιπτώσεις προβλέπονται στο σχεδιασμό. Αυτό γίνεται από την εποχή των πρώτων διαπλανητικών διαστημοπλοίων της δεκαετίας του 1960. Η ηλιακή πίεση επηρεάζει επίσης τον προσανατολισμό ενός σκάφους, ένας παράγοντας που περιλαμβάνεται στο σχεδιασμό διαστημοπλοίων.
Η έννοια του ηλιακού ιστίου χρησιμοποιήθηκε αργότερα στην επιστημονική φαντασία, όπως στα έργα του Ιουλίου Βερν.
Πώς θα μπορούσε να μοιάζει ένα ηλιακό πανί (με ένα μικρό διαστημόπλοιο).
Ένα δοκιμαστικό πανί 20x20m
Η θεωρία
Η ιδέα ενός ηλιακού ιστίου είναι να χρησιμοποιηθεί η πίεση της ακτινοβολίας από τον Ήλιο για την κίνηση ενός διαστημικού σκάφους, πιθανώς με τη χρήση μεγάλων κατόπτρων (μεγάλες φωτοανακλαστικές επιφάνειες). Το μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι η παραγόμενη ώθηση είναι πολύ μικρή. Το πλεονέκτημα είναι ότι δεν χρειάζεται προωθητικό υλικό (εφόσον υπάρχει φως). Ως αποτέλεσμα, θεωρείται μια πιθανή επιλογή για μελλοντικά διαστημόπλοια. Μέχρι σήμερα, μόνο μικρές δοκιμαστικές εκδόσεις έχουν χρησιμοποιηθεί ως πειράματα.
Η συνολική δύναμη που ασκείται σε ένα ηλιακό πανί 800 επί 800 μέτρων, για παράδειγμα, είναι περίπου 5 Newton (1,1 lbf) στην απόσταση της Γης από τον Ήλιο, καθιστώντας το ένα σύστημα προώθησης χαμηλής ώθησης, παρόμοιο με τα διαστημόπλοια που κινούνται με ηλεκτρικούς κινητήρες. Καθώς δεν χρησιμοποιεί προωθητικό υλικό, η δύναμη ασκείται σχεδόν συνεχώς. Το συλλογικό αποτέλεσμα με την πάροδο του χρόνου είναι αρκετά μεγάλο ώστε να θεωρείται τρόπος προώθησης διαστημοπλοίων.
Ιστορία
Τα σχέδια για την πρώτη χρήση της έννοιας έγιναν τη δεκαετία του 1970 από τους Bruce Murray και Louis Friedman, δύο ερευνητές στο Εργαστήριο Αεριοπροώθησης της NASA στην Pasadena της Καλιφόρνια.
Στις 21 Μαΐου 2010, η Ιαπωνική Υπηρεσία Διαστημικής Έρευνας (JAXA) εκτόξευσε με επιτυχία το ηλιακό ιστίο IKAROS (Interplanetary Kite-Craft Accelerated by Radiation Of The Sun). Χρησιμοποίησε ένα ηλιακό πανί στο διάστημα μεταξύ της Γης και της Αφροδίτης. Αυτή ήταν η πρώτη επιτυχής χρήση ηλιακού πανιού.
Το 2010, η NASA εκτόξευσε το σκάφος ηλιακών ιστίων NANOSEL-D2. Ήταν η πρώτη επιτυχία του σκάφους ηλιακών ιστίων της NASA.
Στις 2 Ιουλίου 2019 η Planet Society, με έδρα τις Ηνωμένες Πολιτείες, εκτόξευσε τον δορυφόρο LightSail 2, ο οποίος σχεδιάστηκε με τη χρήση της τεχνολογίας των ηλιακών ιστίων. Ο ελαφρύς δορυφόρος, εκτοξεύτηκε με τον πύραυλο Falcon Heavy της SpaceX από το Διαστημικό Κέντρο Κένεντι στη Φλόριντα. Αυτή ήταν μια αποστολή χαμηλού προϋπολογισμού που χρηματοδοτήθηκε από δωρεές 50.000 μελών. Ο συνολικός προϋπολογισμός ήταν μικρότερος από 7 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Στα τέλη Ιουλίου 2019, ο LightSail 2 άνοιξε το ηλιακό του πανί. Χρειάστηκαν περίπου 3 λεπτά για να γίνει αυτό.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ε: Τι είναι το ηλιακό πανί;
A: Ένα ηλιακό πανί (ή πανιά φωτός ή πανιά φωτονίων) είναι μια προτεινόμενη μέθοδος προώθησης διαστημικών σκαφών που χρησιμοποιεί την πίεση της ακτινοβολίας που ασκείται από το ηλιακό φως.
Ερ: Ποιος πρότεινε πρώτος την ιδέα του ηλιακού πανιού;
Α: Η ιδέα προτάθηκε για πρώτη φορά τον 17ο αιώνα από τον Γιοχάνες Κέπλερ.
Ερ: Τι δημοσίευσε ο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ που παρείχε τα θεμέλια για την επιστήμη πίσω από το ηλιακό πανί;
Α: Ο James Clerk Maxwell δημοσίευσε τη θεωρία του για τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία και την ακτινοβολία, η οποία έδειξε ότι το φως (μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας) μπορεί να ασκήσει πίεση σε ένα αντικείμενο, γνωστή ως πίεση ακτινοβολίας.
Ερ: Πώς επιδρά η ηλιακή πίεση στα διαστημόπλοια;
Α: Η ηλιακή πίεση δρα σε διαστημόπλοια, στο διάστημα ή σε τροχιά γύρω από έναν πλανήτη, μετατοπίζοντάς τα κατά χιλιάδες χιλιόμετρα και επηρεάζοντας τον προσανατολισμό τους.
Ερ: Πότε λήφθηκε για πρώτη φορά υπόψη αυτή η επίδραση κατά τον σχεδιασμό διαπλανητικών αποστολών;
Α: Αυτό γίνεται από την εποχή των πρώτων διαπλανητικών διαστημοπλοίων της δεκαετίας του 1960.
Ερ: Σε ποια άλλα πλαίσια έχει χρησιμοποιηθεί η έννοια του ηλιακού πανιού;
Α: Η έννοια του ηλιακού πανιού έχει επίσης χρησιμοποιηθεί στην επιστημονική φαντασία, όπως στα έργα του Ιουλίου Βερν.
