بادبان نوری چیست و چگونه کار می‌کند؟

نام بادبان نوری این روزها بر سر زبان‌ها است و دانشمندان می‌خواهند که از این فناوری، برای انجام سفرهای فضایی استفاده کنند.

تبلیغات

بادبان نوری که با نام‌های دیگری نظیر بادبان خورشیدی و بادبان فوتونی نیز شناخته می‌شود، گونه‌ای از نیروی پیشرانش فضاپیما است که برای حرکت، از نوری که توسط خورشید به آینه‌های بزرگ فضاپیما تابیده می‌شوند، استفاده می‌کند. یک قایق بادبانی را در نظر بگیرید. این قایق، نیروی پیشران خود را به وسیله‌ی باد تأمین می‌کند؛ یعنی به علت برخورد جریان هوا با سرعت بالا به بادبان‌ها، نیروی پیشران ایجاد می‌شود و قایق حرکت می‌کند. بادبان نوری نیز دقیقاً به همین شکل عمل می‌کند با این تفاوت که نور تابیده شده به آینه‌هایی که همچون بادبان قایق هستند، نقش همان جریان هوا را ایفا می‌کند و باعث به حرکت درآمدن فضاپیما می‌شود.

به جای نور خورشید، می‌توان از پرتوهای پر انرژی لیزر نیز برای تولید نیرویی به مراتب قدرتمندتر استفاده کرد. این پرتوها در مقایسه با پرتوهای خورشید، دارای انرژی بیشتری هستند و نیروی پیشران بیشتری را ایجاد می‌کنند و همین موضوع باعث می‌شود که فضاپیما با سرعت بیشتری حرکت کند.

فضاپیماهای مجهز به فناوری بادبان نوری، می‌توانند به کاهش هزینه‌های مأموریت‌ها کمک کنند و در دوره‌های طولانی‌تری مورد استفاده قرار گیرند. چنین فضاپیماهایی تنها چند قطعه‌ی متحرک دارند و فرآیند سوخت‌گیری را انجام نمی‌دهند؛ بنابراین می‌توان از آن‌ها برای جابه‌جایی محموله‌ها بین فضا و زمین برای مدت زمانی طولانی استفاده کرد.

بادبان‌های نوری از پدیده‌ای که اثر ثابت شده و اندازه‌گیری شده روی فضاپیما دارد، برای حرکت استفاده می‌کنند. فشار خورشیدی، روی تمام فضاپیماها تأثیر می‌گذارد و فرقی نمی‌کند که آن‌ها در فضای میان سیاره‌ای باشند یا این‌که در مداری مشخص به دور جرمی کوچک گردش کنند. هنگامی که یک فضاپیمای معمولی به سمت مریخ حرکت می‌کند، به دلیل وجود فشار خورشیدی، هزاران کیلومتر از مسیر اصلی خود منحرف می‌شود؛ بنابراین، تمامی این اثرات باید به هنگام برنامه‌ریزی مسیر، اندازه‌گیری و محاسبه شوند تا مشکلی به وجود نیاید. در واقع دانشمندان از دهه‌‌ی ۶۰ میلادی تا به امروز این کار را برای فضاپیماها انجام می‌دهند. جالب است که بدانید فشار خورشیدی، روی جهت‌گیری یک فضاپیما نیز تأثیر می‌گذارد و این مورد نیز باید به هنگام طراحی فضاپیما در نظر گرفته شود.

solar sail

در فاصله‌ای که زمین از خورشید قرار گرفته، اگر یک بادبان نوری با ابعاد ۸۰۰ در ۸۰۰ متر قرار دهیم، میزان نیرویی که از جانب پرتوهای نور خورشید به آن وارد می‌شود حدود ۵ نیوتن خواهد بود. همین موضوع باعث می‌شود که فضاپیماهای مبتنی بر بادبان نوری، قدرت پرتاب بسیار ضعیفی داشته باشند و از این جهت به فضاپیماهایی که پیشرانه الکتریکی دارند، شبیه هستند؛ اما از آن‌جایی که این فضاپیماهای مبتنی بر بادبان نوری هیچ‌گونه نیروی پیشرانشی از خود ندارند، تماماً در اختیار فشار خورشیدی هستند و این نیرو نیز دائماً به بادبان‌ها وارد می‌شود. اثر جمعی این نیرو در طول زمان به اندازه‌ای بزرگ است که می‌تواند آن‌ها را به سرعت‌های بالا برساند؛ بنابراین شاید بتوان این فضاپیماها را جایگزین فضاپیماهای فعلی کرد.

تاریخچه طرح

یوهانس کپلر، ستاره‌شناس پرآوازه قرن ۱۶ و ۱۷ میلادی، دنباله‌داری را مشاهده کرد که هاله‌ای درخشان و طولانی به دنبال آن بود. این هاله نشان می‌داد که خورشید این اثر را ایجاد کرده است. وی در سال ۱۶۱۰ میلادی نامه‌ای به گالیلئو گالیله، دانشمند و ستاره‌شناس ایتالیایی نوشت که در بخشی از متن آن، این چنین نوشته شده بود:

کشتی‌ها و بادبان‌ها را برای بادهایی که از بهشت می‌وزند آماده کنید. باید به دل باد زد؛ حتی آن پوچی بزرگ (سنگ آسمانی دنباله دار) نیز بی‌مهابا به دل باد زده است.

به نظر می‌رسد که کپلر به هنگام به کار بردن چنین تشبیهاتی، پدیده‌ی هاله نورانی دنباله‌دار را می‌دیده است و به آن خیره شده است. نتایج پژوهش‌هایی که کپلر روی دنباله‌دارها انجام داده بود، سال‌ها بعد منتشر شدند.

جیمز کلرک ماکسول، بین سال‌های ۱۸۶۱ تا ۱۸۶۴ میلادی، نظریه خود درباره‌ی میدان‌های مغناطیسی و تابش را منتشر کرد. در این نظریه‌ها نشان داده شده که نور، تکانه دارد و می‌تواند روی اجرام مختلف فشار وارد کند. معادلات ماکسول، بنیان‌گذار حرکت بادبان به وسیله‌ی فشار نور بودند و این نظریه‌ی جالب را ایجاد کردند. از سال ۱۸۶۴ به بعد، جامعه‌ی فیزیکدانان و سایر دانشمندان متوجه شدند که نور خورشید دارای تکانه‌ای است که می‌تواند بر اجرام مختلف فشار وارد کند.

maxwell

ژول ورن، نویسنده‌ی مشهور قرن ۱۹، در کتاب از زمین تا ماه، این چنین نوشته است:

روزی فرا می‌رسد که سرعت‌ها، بسیار بیشتر از سرعت حرکت سیاره‌ها و پرتابه‌های امروزی خواهند بود. احتمالاً در آن زمان، نور یا شاید الکتریسیته عامل حرکت هستند. ما باید روزی به ماه، سیاره‌ها و ستاره‌ها سفر کنیم.

شاید بتوان گفت که از زمین تا ماه، نخستین کتابی است که در آن با قاطعیت گفته شده که نور می‌تواند بادبان‌ها و فضاپیماها را در فضا به حرکت درآورد.

پیوتر لبدوف، دانشمند اهل روسیه، نخستین شخصی بود که فشار نور را نشان داد. وی این کار را در سال ۱۸۹۹ به وسیله‌ی یک ترازوی پیچشی انجام داد. در سال ۱۹۰۱ نیز ارنست نیکلاس و گوردون هال طی یک آزمایش مستقل، به کمک رادیومتر نیکلاس این پدیده را نشان دادند.

سوانت آرنیوس، شیمی‌دان سوئدی، در سال ۱۹۰۸ پیش‌بینی کرد که احتمالاً فشار تابش خورشیدی، بذرهای حیات را بین فضای میان‌ ستاره‌ای پخش کرده است. این پیش‌بینی باعث شد که بالاخره پس از مدت‌ها، یک توضیح بسیار خوب برای نظریه پانسپرمیا پیدا شود. پانسپرمیا نظریه‌ای است که در مورد آغاز حیات روی زمین توضیحاتی را ارائه می‌کند. طبق این نظریه، شهاب سنگ‌ها و سایر سنگ‌های آسمانی، طی برخوردهایی که با زمین داشته‌اند، بذرهای حیات را با خود به زمین منتقل کرده‌اند. آرنیوس، نخستین دانشمندی بود که به وضوح اعلام کرد نور می‌تواند اجرام را بین ستاره‌ها جابه‌جا کند.

در سال ۱۹۱۲، آلبرت اینشتین با شناخت کاملی که از هم‌ارزی جرم و انرژی به دست آورد، تعریف متفاوتی را در خصوص این موضوع ارائه کرد. وی پس از بررسی‌ها و مطالعات بسیار، رابطه‌ی p=E/c را ارائه کرد که در آن، p نشان‌ دهنده‌ی تکانه، E نشان دهنده‌ی انرژی یک فوتون و c نیز نماد سرعت نور در خلأ است.

کنستانتین تسیولکوفسکی، دانشمند روسی و از نظریه‌پردازان مشهور پروازهای فضایی، نخستین شخصی بود که گفت برای به حرکت درآوردن فضاپیما در فضا، می‌توان از نور خورشید استفاده کرد. وی پیشنهاد داد که دانشمندان برای دستیابی به سرعت‌های کیهانی به کمک فشار نور خورشید، از آینه‌هایی بسیار بزرگ که از ورقه‌های نازک ساخته شده‌اند استفاده کنند. فریدریش زاندر، دانشمند آلمانی، در سال ۱۹۲۵ میلادی یک مقاله‌ی تخصصی و فنی را منتشر کرد که در آن تحلیل‌هایی بسیار دقیق و فنی از چگونگی حرکت بادبان خورشیدی ارائه شده بود. زاندر نیز در این مقاله، باز هم پیشنهادات تسیولکوفسکی را مطرح کرد و همان جملات را بازنویسی کرد.

جان برتون ساندرسون هالدین،‌ زیست‌شناس بریتانیایی، در سال ۱۹۲۷ در اندیشه‌ی ابداع سفینه‌هایی لوله مانند بود که می‌توانستند انسان را به فضا ببرند. سفینه‌ای که وی به آن فکر می‌کرد، دارای باله‌هایی از ورقه نازک فلزی بود که یک کیلومتر مربع و یا بیشتر مساحت داشتند و می‌توانستند از فشار نور خورشید برای حرکت استفاده کنند.

solar sail

جان دزموند برنال، دانشمند ایرلندی، در سال ۱۹۲۹ این‌چنین نوشت:

ممکن است شکل خاصی از سفینه‌های فضایی توسعه یابد که به بادبان مجهز بوده و برای حرکت، به جای باد از اثر دافع پرتوهای خورشید استفاده می‌کند. یک سفینه فضایی که باله‌هایی بسیار بزرگ، فلزی و گسترده به مساحت ۴ کیلومتر مربع داشته باشد، ساخته خواهد شد. آن‌گاه برای افزایش سرعت، باله‌های خود را کاملاً باز خواهد کرد و به وسیله‌ی اثر دافعی نور خورشید، می‌تواند از میدان گرانشی آن بگریزد و سرعت بگیرد.

با توجه به این توضیحات، می‌توان فهمید که ایده‌ی ساخت بادبان خورشیدی در ذهن بسیاری از دانشمندان بوده است و چندین قرن قدمت دارد. حالا ما در روزگاری زندگی می‌کنیم که نیاز به چنین سفینه‌ای، بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود. در واقع، استیون هاوکینگ، کیهان‌شناس مشهور و یوری میلنِر، میلیاردر روسی، به دنبال این هستند که با استفاده از فناوری بادبان نوری، سفینه‌ای را به سمت سیاره‌های فراخورشیدی ارسال کنند. شاید بتوان گفت که این دو شخص، باز هم این فناوری را بر سر زبان‌ها انداخته‌اند.

در سال ۱۹۷۶ میلادی، برای نخستین‌بار، دانشمندان به صورت رسمی فرآیند طراحی و ساخت چنین بادبانی را در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا آغاز کردند و قصد داشتند که آن را برای یک مأموریت احتمالی دیدار با دنباله‌دار هالی آماده کنند.

بادبان نوری چگونه کار می‌کند؟

بسیاری از مردم فکر می‌کنند که بادبان‌های خورشیدی، به وسیله‌ی بادهای خورشیدی حرکت می‌کنند؛ دقیقاً همانند چیزی که برای قایق‌های بادبانی صدق می‌کند. می‌دانیم که در اقیانوس‌ها و دریاها، باد عامل پیش‌بَرنده‌ی قایق‌های بادبانی است؛ اما این برای بادبان‌های خورشیدی صدق نمی‌کند و در واقع هیچ بادی در کار نیست. فشاری که تابش خورشیدی بر بادبان خورشیدی وارد می‌کند، ناشی از بازتاب نور است و کسر ناچیزی از پرتوها نیز جذب می‌شوند.

طبق رابطه‌ی هم‌ارزی که توسط اینشتین مطرح شد، تکانه یا شار یک فوتون، این چنین محاسبه می‌شود: p = E/c

همه‌ی ما می‌دانیم که یک فوتون، هیچ وزنی ندارد؛ پس چگونه می‌تواند یک بادبان نوری را به سمت جلو حرکت دهد؟ اصلاً چگونه ممکن است که یک چیز بی‌وزن، تکانه را منتقل کند؟

پرسش جالبی است و مسئله‌ی انتقال تکانه توسط فوتون نیز چیزی نیست که بتوان به این سادگی مشاهده کرد. این موضوع نیز به خاص بودن نور مرتبط است. پیش‌تر دانسته‌ایم که نور رفتاری موجی و ذره‌ای دارد؛ به عبارتی دیگر، برای صدق کردن چنین توضیحی، ما پذیرفته‌ایم که ذرات سازنده‌ی نور، وزنی ندارند. برای این‌که دقیقاً بدانیم که چگونه چنین چیزی ممکن است، بیایید که ابتدا به نور به عنوان یک موج بنگریم و رفتار ذره‌ای فوتون را نادیده بگیریم.

solar sail

ما به وسیله‌ی مقدار انرژی حمل شده توسط موج، طیف الکترومغناطیسی را آن را تفکیک می‌کنیم. موجی پر انرژی‌تر است که فرکانس بالاتری داشته باشد؛ بنابراین با تقسیم فرکانس‌ها، می‌توان سطوح انرژی را از یکدیگر جدا کرد. وقتی که این امواج به سطح برخورد کرده و توسط آن جذب می‌شوند، انرژی خود را به درون آن سطح حمل خواهند کرد. به همین دلیل است که ما وقتی در معرض نور خورشید هستیم، دچار سوختگی می‌شویم. نور فرابنفش خورشید که ما آن را مشاهده نمی‌کنیم، انرژی بسیار زیادی را با خود حمل می‌کند و این انرژی مستقیماً به پوست ما نفوذ می‌کند. پوست ما نمی‌تواند این میزان انرژی را به خوبی تحمل کند و بنابراین ما با یک سوختگی مواجه می‌شویم؛ گویی ما مستقیماً یک چیز بسیار داغ را لمس کرده‌ایم.

اما چه می‌شود اگر سطحی نتواند نور را جذب کند؟ به عبارتی دیگر، برای یک سطح همچون آینه که می‌تواند نور مرئی را بازتاب کند چه اتفاقی خواهد افتاد؟

اگر موج به صورت کامل به سطح برخورد کرده و از آن بازتاب شود، آن‌گاه هیچ انتقال انرژی به سطحی صورت نمی‌گیرد. واقعیت این است که هیچ‌یک از مواد شناخته شده، به صورت کامل منعکس کننده نیستند؛ بنابراین، نور تابیده شده به آینه، به هنگام بازتاب بخشی از انرژی اولیه‌ی خود را از دست می‌دهد و آن را به آینه منتقل می‌کند. در بسیاری از موارد، این انرژی از دست رفته بسیار ناچیز است. اگر شما در فکر ساخت یک بادبان نوری باشید، همین مقدار ناچیز انرژی که در آینه باقی می‌ماند، می‌تواند بادبان را اندکی به جلو حرکت دهد.

به عقب باز می‌گردیم و این‌بار، به نور به عنوان ذره نگاه می‌کنیم و دیدگاه موجی را کنار می‌گذاریم. نور ذره‌ای، همچنان با خود انرژی حمل می‌کند. نور در حالت ذره، کمی عجیب‌تر است؛ زیرا حالت آن به گونه‌ای است که حتی بدون داشتن اندکی وزن، توانایی حمل تکانه را دارد. در این‌جا ما شاهد انتقال تکانه-انرژی هستیم؛ حتی بدون آن‌که وزنی در کار باشد، این اتفاق برای تمام فوتون‌های نور رخ می‌دهد. با تاباندن نور به یک آینه، رشته‌ای از ذرات به سطح آینه برخورد کرده و بازتاب می‌شوند (همانند برخورد توپ شیطونک به سطح و بازگشت آن) و بخشی از انرژی خود را به سطحی که به آن برخورد کرده‌اند، منتقل می‌کنند. این انتقال انرژی، به سطح مقداری تکانه می‌دهد و اگر این سطح به صورت کاملاً رها در فضا شناور باشد (مانند بادبان نوری)، به آهستگی حرکت کرده و سرعت می‌گیرد.

با این تفاسیر، به نظر می‌رسد که اگر نور را در حالت موج و در حالت ذره در نظر بگیریم، نتیجه‌ی یکسانی خواهیم داشت و آن هم انتقال انرژی و ایجاد حرکت است. در برخی شرایط خاص، بهتر است که از نظر ریاضی، نور را فقط در یک حالت موجی یا ذره‌ای به صورت جداگانه در نظر بگیرید و هیچ‌گاه آن را موجی-ذره‌ای نبینید؛ زیرا در این حالت، کاملاً مشخص می‌شود که نور چگونه می‌تواند به عامل پیشران بادبان نوری تبدیل شود.

solar sail

واژه‌ای که برای این انتقال اندک تکانه انرژی در نظر گرفته‌اند، «فشار تابشی» است. اگر این فشار به بادبانی وارد شود که در منظومه‌ی شمسی حرکت می‌کند، به آن «فشار خورشیدی» می‌گوییم. در سایر نقاط فضا، تابش‌های بسیار زیادی وجود دارد؛ به عبارت دیگر، منابع نور در کیهان بسیار زیاد هستند. با توجه به این موضوع، می‌توان گفت بادبان نوری توانایی حرکت در هر نقطه‌ای از جهان شناخته شده را دارد.

متأسفانه خورشید ما، منبع نوری قدرتمندی نیست و نمی‌تواند فشار تابشی عظیمی را ایجاد کند. اگر به اندازه‌ی کافی قدرتمند بود، ما نیازی به ساخت بادبان‌های نوری بزرگ نداشتیم. بادبان‌های نوری فعلی که در دست طراحی‌ هستند، چند صد متر مربع مساحت دارند تا بتوانند سرعت کافی به سفینه دهند.

جنس بادبان

در حال حاضر، بسیاری از شرکت‌ها برای ساخت بادبان‌های نوری از لایه‌ی بسیار نازکی از آلومینیم که روی یک صفحه‌ی پلاستیکی نازک کشیده می‌شود استفاده می‌کنند. دانشمندان می‌توانستند بدون وجود لایه‌ی پلاستیکی نیز بادبان را طراحی کنند؛ اما وجود چنین لایه‌ای با توجه به خاصیت انعطاف‌پذیری پلیمر، برای کنترل اجزا ضروری است و وظیفه‌ی انعکاس نور نیز بر عهده‌ی ورق آلومینیمی خواهد بود. چنین موادی می‌توانند حتی به هنگام عبور از نزدیکی خورشید، گرمای آن را تحمل کرده و همچنان مستحکم باقی بمانند. ورقه‌ی آلومینیمی که منعکس کننده‌ی نور است، به طرف خورشید قرار می‌گیرد.

solar sail

اریک درکسلر، دانشمندی است که طرحی مفهومی از یک بادبان نوری را توسعه داده که در آن، خبری از صفحه‌ی پلاستیکی نیست. وی بادبان‌های نوری مقاوم به جرم را نشان داده است و نسخه‌هایی آزمایشی از آن‌ها را نیز ساخته است. بادبان‌های پیشنهادی او، پنل‌هایی از جنس آلومینیم بسیار نازک (با ضخامت ۳۰ تا ۱۰۰ نانومتر) دارند که روی ساختاری کششی نصب می‌شوند. این بادبان‌ها توانایی چرخش دارند و مستقیماً تحت فشار قرار می‌گیرند. او در آزمایشگاه نمونه‌هایی از این ورقه‌ها را ساخت؛ اما متأسفانه مواد به اندازه‌ای ظریف و نازک هستند که نمی‌توانند از فرآیند تا شدن، پرتاب شدن به فضا و مستقر شدن، جان سالم به‌در ببرند. بادبان‌هایی در این رده، سطح بیشتری را نسبت به واحد جرم به ارمغان می‌آورند و می‌توانند نسبت به بادبان‌های مبتنی بر صفحات پلاستیکی، ۵۰ برابر شتاب بیشتری داشته باشند.

انستیتو طرح‌های مفهومی فوق پیشرفته ناسا، در سال‌های ۱۹۹۸ و ۱۹۹۹، روی پژوهشی که توسط جِفری لَندیس انجام شد، سرمایه‌گذاری کرد. این دانشمند، طیف گسترده‌ای از مواد را برای بادبان‌های نوری معرفی کرد. او برای بادبان‌هایی نوری که به وسیله‌ی اشعه‌ی لیزر حرکت می‌کنند، ماده‌ی آلومینا (آلومینیم اکسید) را پیشنهاد کرد و برای آن دسته از بادبان‌هایی که به وسیله‌ی امواج مایکروویو حرکت می‌کنند، فیبرکربن را پیشنهاد داد. این در حالی بود که در آن زمان، فقط از ورقه‌های آلومینیومی و صفحات کاپتونی استفاده می‌شد.

در سال ۲۰۰۰، مجموعه آزمایشگاه‌های Energy Science شکل خاصی از فیبرکربن را توسعه داد که برای استفاده در بادبان‌های نوری بسیار مناسب و کارآمد بود. این فیبرکربن، ۲۰۰ بار نازک‌تر از موادی بود که در آن زمان برای استفاده در بادبان‌های نوری مورد استفاده قرار می‌گرفتند؛ اما به حدی متخلخل بود که جرمی مشابه آن‌ها داشت. استحکام و دوام این فیبرکربن به حدی بالا بود که می‌توانست به راحتی صفحات پلاستیکی رایج در آن زمان را شکست دهد. این فیبرکربن قابلیت خود ترمیمی داشت و می‌توانست در مقابل دماهای بسیار بالا مقاومت کند.

solar sail

پس از آن سال، دانشمندان گمانه‌زنی‌ها پیرامون یک فناوری نظری را آغاز کردند. آن‌ها در مورد تکنیک‌های ساخت مولکولی برای ایجاد مواد مستحکم و پیشرفته که روی نانو لوله‌های شبکه‌ای مستقر می‌شوند، به بحث و تبادل نظر پرداختند. فضای میان شبکه‌های این نانو لوله‌ها، کمتر از نصف طول موج نوری است که به بادبان برخورد می‌کند. هرچند این مواد بسیار پیشرفته هستند و تا تولید آن‌ها در محیط آزمایشگاه راهی طولانی در پیش است و بعید به نظر می‌رسد که بتوان به این زودی‌ها آن‌ را در مقیاس تجاری و انبوه تولید کرد.

یکی از موادی که چگالی بسیار پایینی دارد، لیتیم است. چگالی لیتیم، ۵ بار کمتر از آلومینیم است. سطوح براق و غیر اکسید همواره نور را به خوبی بازتاب می‌دهند. چگالی سطح یک ورقه‌ی لیتیم با ضخامت ۲۰ نانومتر، چیزی در حدود ۰.۱۱ گرم بر متر مربع است؛ بنابراین برای ساخت یک بادبان نوری با بازدهی بالا، می‌توان از یک ورقه‌ی لیتیمی با ضخامت ۲۰ نانومتر استفاده کرد. چنین بادبانی باید در فضا مونتاژ شود و برای نزدیک شدن به خورشید استفاده نشود. چنین بادبانی می‌تواند با شتاب اولیه ۴۰۰ میلی‌متر بر مجذور ثانیه سفینه را به حرکت درآورد.

منیزیم و بریلیم نیز از جمله موادی هستند که می‌توان از آن‌ها در ساخت بادبان‌هایی با بازدهی بالا استفاده کرد. منیزیم، بریلیم و لیتیم می‌توانند با یکدیگر و یا با آلومینیم آلیاژ شوند.

آیا بادبان‌های نوری آینده سفرهای فضایی هستند؟

دانشمندان در نظر دارند برای مأموریت‌های فضایی بسیاری که پیش‌رو هستند، از بادبان‌های نوری استفاده کنند. چنین سفینه‌ای نیازی به سوخت ندارد و می‌تواند آزادانه به کمک نور حرکت کند؛ همچنین می‌توان آن را به هر نقطه‌ای از منظومه‌ی شمسی و یا فراتر ارسال کرد. طبق گفته‌های پژوهشگران ناسا که روی طراحی کاوشگر میان ستاره‌ای کار می‌کنند، یک سفینه‌ی فضایی که به بادبانی به مساحت ۴۰۰ متر مربع مجهز شده، می‌تواند در طول یک سال، چیزی در حدود ۲.۱ میلیارد کیلومتر حرکت کند و می‌تواند ظرف یک دهه و یا بیشتر، از محدوده‌ی گرانش خورشید بگریزد.

solar sail

بروس کمپبِل، مهندس هوافضای ناسا می‌گوید:

در حال حاضر ما هیچ‌گونه سوخت شیمیایی که بتواند چنین سرعتی را برای یک سفینه به ارمغان آورد نمی‌شناسیم. این در حالی است که بادبان نوری توانایی دستیابی به سرعت‌های بالا را دارد.

همان‌طوری که گفته شد، فشار تابشی، به مقدار ناچیزی بادبان را حرکت می‌دهد؛ اما این فشار، دائمی و ادامه‌دار است و با گذر زمان، به حرکت سفینه شتاب می‌دهد و بر سرعت آن می‌افزاید. متأسفانه هنوز راهی طولانی در پیش است تا بادبان‌های نوری از طرح مفهومی بیرون آمده و رنگ واقعیت به خود بگیرند. تا سال ۲۰۱۰ میلادی، شاهد معرفی نسخه‌ای واقعی از بادبان‌های نوری نبودیم؛ تا این‌که در همان سال، کاوشگر ژاپنی Ikaros با بادبانی به مساحت ۱۴ متر مربع، معرفی شد. این کاوشگر، نخستین سازه‌ی بشر بود که توسط فوتون‌ها در فضا شتاب می‌گرفت.

پنج ماه بعد، ناسا کاوشگر NanoSail-D را صرفاً جهت نمایش فناوری، به مدار زمین فرستاد. این کاوشگر، بادبان‌های خود را سه ماه بعد افراشت و به مدت ۸ ماه به دور زمین گردش کرد تا این‌که سر انجام، در اتمسفر زمین سوخت. فناوری‌های دیگری نیز هم اکنون در دست توسعه هستند تا بتوانند بادبان‌های نوری را به مرحله‌ی تجاری سازی برسانند. افراد و شرکت‌های بسیاری هستند که قصد دارند در این زمینه سرمایه‌گذاری کنند.

به عنوان مثال، نگاهی به مأموریت ۲۷ میلیون دلاری Sunjammer می‌اندازیم. L'Garde که یک شرکت کالیفرنیایی است، وظیفه‌ی ساخت بادبان‌های این کاوشگر را بر عهده داشته است و بادبانی به مساحت ۳۸ متر مربع را برای آن توسعه داده است. این بادبان، از نوعی مواد پیشرفته به نام کاپتون که تنها ۵ میکرون ضخامت دارد، ساخته شده است. مقامات ناسا می‌گویند که کل مجموعه‌، ۳۲ کیلوگرم وزن دارد و از نظر اندازه نیز به ماشین ظرف‌شویی شباهت دارد.

solar sail

برنامه‌ی دانشمندان این بود که کاوشگر Sunjammer را که به تجهیزات رصد خورشید مجهز شده، به نقطه‌ای در فاصله‌ی ۳ میلیون کیلومتری از زمین ارسال کنند. این دو برابر فاصله‌ی نقطه‌ی L1‌ است. نقطه‌ی L1، به ناحیه‌ای در اطراف زمین گفته می‌شود که از نظر گرانشی پایدار بوده و تا کنون میزبان ماهواره‌های هواشناسی زیادی بوده است. قرار بود که این بادبان خورشیدی در سال ۲۰۱۵ به فضا پرتاب شود؛ اما متأسفانه دانشمندان این مأموریت را لغو کردند. البته اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، در سال آینده میلادی شاهد پرتاب دو بادبان خورشیدی خواهیم بود.

نظر شما در مورد آینده‌ی این فناوری چیست؟ آیا می‌تواند راه‌حلی جایگزین برای پیشرانه‌های مبتنی بر سوخت‌های شیمیایی باشد؟

تهیه شده در زومیت

مقاله های مرتبط

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده