ใบเรือสุริยะขับเคลื่อนยานอวกาศด้วยความกดดันของแสงแดด การศึกษาล่าสุดโดยวิศวกรที่ Imperial College London ระบุว่าเทคโนโลยีนี้สามารถส่งภารกิจที่มีมนุษย์หรือไร้คนขับไปยังขอบของระบบสุริยะได้ในอีกหลายทศวรรษข้างหน้า งานจะประเมินความคืบหน้าของต้นแบบที่ทดสอบแล้วและขั้นตอนถัดไปที่จำเป็น
แนวคิดนี้มีมานานหลายศตวรรษ เรือโบราณใช้ลม ในอวกาศ แนวคิดนี้ปรับหลักการให้เข้ากับโฟตอน หลายภารกิจแสดงให้เห็นถึงการปฏิบัติการขั้นพื้นฐาน ขณะนี้นักวิจัยกำลังวัดศักยภาพที่แท้จริงในระยะทางที่ไกลขึ้น
ภารกิจพิสูจน์หลักการของการขับเคลื่อนด้วยแสง
ญี่ปุ่นเปิดตัวอิคารอสในปี พ.ศ. 2553 ยานอวกาศเดินทางถึงดาวศุกร์และยืนยันการเร่งความเร็วด้วยใบเรือสุริยะ ภารกิจทดสอบวัสดุและการควบคุมทัศนคติด้วยคริสตัลเหลว
Planetary Society ส่ง LightSail 2 ในปี 2019 CubeSat เปลี่ยนวงโคจรรอบโลกด้วยแรงดันสุริยะเพียงอย่างเดียว การดำเนินการนี้กินเวลานานกว่าสามปีจนกระทั่งกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอีกครั้งในปี 2565 การทดลองเหล่านี้ช่วยขจัดข้อสงสัยเกี่ยวกับความมีชีวิตพื้นฐานของเทคโนโลยี
- IKAROS สาธิตการเดินเรือระหว่างดาวเคราะห์ด้วยใบเรือขนาด 200 ตารางเมตร
- LightSail 2 ควบคุมวงโคจรในสภาพแวดล้อมพื้นโลกด้วยใบเรือขนาด 32 ตารางเมตร
- ภารกิจทั้งสองใช้วัสดุน้ำหนักเบาและโครงสร้างรองรับแบบพับได้
- การทดสอบยืนยันว่ามีการเร่งความเร็วอย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงเคมี
การศึกษาของ Imperial College กำหนดเส้นตายสำหรับ Edge of Solar System
Debdut Sengupta และเพื่อนร่วมงานได้ตีพิมพ์บทวิเคราะห์เกี่ยวกับสถานะปัจจุบันของใบเรือสุริยะ งานนี้เปรียบเทียบสิ่งที่มีอยู่แล้วกับข้อกำหนดสำหรับภารกิจที่ไปถึงเฮลิโอพอส
พวกเขาสรุปว่าเรือสามารถไปถึงขอบระบบสุริยะได้ภายใน 10 หรือ 20 ปีหากมีการพัฒนาที่เพียงพอ มุ่งเน้นไปที่ใบเรือที่ใหญ่ขึ้นและทนความร้อนได้มากขึ้นและระบบควบคุมที่ได้รับการปรับปรุง Sengupta พิจารณาแนวคิดทางเทคนิคแต่สามารถทำได้ด้วยเงินทุนและวิศวกรรมที่มุ่งเน้น
โครงการต่างๆ เช่น Svarog ซึ่งนำโดยนักศึกษาจาก Imperial College ได้เตรียม CubeSats ด้วยใบเรือสำหรับอวกาศระหว่างดวงดาว การทดสอบระดับความสูงและการจำลองวงโคจรได้เกิดขึ้นแล้ว เป้าหมายคือการส่งวัตถุพลเรือนดวงแรกออกไปนอกระบบสุริยะ
ความท้าทายทางเทคนิคมุ่งเน้นไปที่วัสดุและความสามารถในการขยายขนาด
ใบเรือต้องกว้างแต่เบามาก ความดันโฟตอนอ่อน ดังนั้นพื้นที่ผิวจึงต้องชดเชยอย่างมีประสิทธิภาพ
วิศวกรพัฒนาเมมเบรนที่ทนทานต่ออุณหภูมิและการแผ่รังสีที่รุนแรงมากขึ้น โครงสร้างรองรับที่เรียกว่าบูมจะต้องกางออกในสุญญากาศโดยไม่เกิดความเสียหาย การควบคุมทัศนคติต้องใช้ความแม่นยำในการบังคับทิศทาง
- วัสดุในปัจจุบันสนับสนุนการบินสาธิต แต่ต้องมีการอัพเกรดสำหรับภารกิจระยะยาว
- การจำลองจะประเมินความเครียดจากความร้อนใกล้ดวงอาทิตย์เพื่อเพิ่มความเร็ว
- การผสานรวมกับแผงโซลาร์เซลล์แบบบางช่วยให้สามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์บนเครื่องบินได้
- การทดสอบในห้องปฏิบัติการและการบินใต้วงโคจรช่วยปรับแต่งการใช้งานอัตโนมัติ
การใช้งานมีตั้งแต่ดาวเคราะห์ชั้นนอกไปจนถึงแนวคิดระหว่างดวงดาว
ภารกิจไปยังดาวพฤหัสบดีหรือดาวเสาร์สามารถลดเวลาการเดินทางได้ เทียนช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้มาก สิ่งนี้ทำให้มีมวลมากขึ้นสำหรับน้ำหนักบรรทุกทางวิทยาศาสตร์
ข้อเสนอที่ทะเยอทะยานมากขึ้นตั้งเป้าไว้ที่ 100 AU ขึ้นไป บางคนกำลังศึกษาการใช้เลเซอร์ภาคพื้นดินหรือแสงอาทิตย์เพื่อแรงกระตุ้นเริ่มต้นที่มากขึ้น การศึกษาของ Sengupta แยกสิ่งที่เป็นจริงในขณะนี้ออกจากสิ่งที่ต้องอาศัยการวิจัยเพิ่มเติมหลายทศวรรษ
เรือที่มีคนขับถือเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่กว่า การป้องกันรังสี อุปกรณ์ และระบบช่วยชีวิตช่วยเพิ่มมวล เทียนยังคงเสนอหนทางไปข้างหน้าโดยไม่ต้องพึ่งพาจรวดเคมีเพียงอย่างเดียว
ขั้นตอนต่อไปขึ้นอยู่กับเงินทุนและความร่วมมือระหว่างประเทศ
หน่วยงานอวกาศและกลุ่มเอกชนวางแผนการสาธิตครั้งใหญ่ขึ้น NASA เตรียมภารกิจอย่าง Solar Cruiser มหาวิทยาลัยและบริษัทต่างๆ ทดสอบส่วนประกอบต่างๆ พร้อมกัน
ฉันทามติคือเทคโนโลยีมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว มีเที่ยวบินพิสูจน์แนวคิดอยู่แล้ว การก้าวกระโดดครั้งต่อไปจำเป็นต้องบูรณาการเข้ากับภารกิจปฏิบัติการอย่างสมบูรณ์
นักวิจัยเน้นย้ำว่าช่วงเวลานั้นดี ความก้าวหน้าในด้านวัสดุน้ำหนักเบาและการประมวลผลทำให้สามารถจำลองได้อย่างแม่นยำก่อนการเปิดตัว ผลลัพธ์ที่ได้สามารถเปิดเส้นทางที่ถูกกว่าและยั่งยืนมากขึ้นสำหรับการสำรวจเชิงลึก