همه‌چیز درمورد سامانه بادبان خورشیدی کامپوزیتی پیشرفته ناسا_آفتاب وطن

ناسا درحال گسترش یکی از تازه ترین شاهکارهای حوزه فناوری فضایی به نام «سیستم بادبان خورشیدی کامپوزیتی پیشرفته» (Advanced Composite Solar Sail System) یا به اختصار «ACS3» است که در پروژه‌های تازه این سازمان مورد منفعت گیری قرار خواهد گرفت. در این مقاله با ACS3 زیاد تر آشنا می‌شویم.

بادبان خورشیدی چیست؟

برای آشنایی با فناوری ACS3، ابتدا ملزوم است بدانیم بادبان خورشیدی چیست. به گفتن ساده، بادبان خورشیدی ابزاری است که نور خورشید را به نوعی نیروی رانشی تبدیل می‌کند تا نیاز ما به پیشران موشک را از بین ببرد.

می‌دانیم نور خورشید از ذراتی به نام فوتون راه اندازی شده است که «مومنتوم» یا «اندازه حرکت» دارد. مومنتوم به گفتن ساده نوعی انرژی (نیرو) است که فیزیکدانان با پشتیبانی روابط ریاضیاتی خاصی قادر به محاسبه‌ آن می باشند. هنگامی که فوتون به بادبان‌های یک سیستم بادبان خورشیدی برخورد می‌کند، می‌تواند مومنتوم خود را به‌صورت فشاری ناچیز به آن منتقل کند.

این سختی جزئی اما مدام‌ است و در طول زمان می‌تواند نیروی رانش چشمگیری تشکیل کند که نقش پیش‌رانش فضاپیما را برای ما ایفا کند. مجانی بودن منبع تابشی همچون خورشید این مزیت را برای بادبان‌های خورشیدی به همراه دارد که آن‌ها را قابل دسترس‌تر و منحصر به فردتر از سیستم‌های پیچیده پیش‌رانش می‌کند. به نظر دانشمندان، بادبان‌های خورشیدی به گمان زیاد بهترین گزینه ما برای سفرهای بین‌ستاره‌ای در فضا می باشند.

مأموریت‌های فضایی همانند فضاپیمای «لایت‌سیل ۲» نشان داده‌اند که فضاپیماهای کوچک می‌توانند از بادبان‌های خورشیدی برای تحول مدار خود و تامین انرژی مطالعات فضایی استفادع کنند.

فناوری ACS3 چیست؟

سامانه بادبان خورشیدی کامپوزیتی پیشرفته ناسا یا ACS3 نیز یک بادبان خورشیدی است که با مواد و ساختاری تازه در مدار زمین قرار خواهد گرفت تا کارایی آن آزمایش شود

ACS3 قرار است در تاریخ ۴ اردیبهشت ۱۴۰۳ با موشک الکترون به فضا پرتاب شود و در مدار زمین قرار بگیرد.

مأموریت‌هایی با محوریت بادبان خورشیدی در آینده به بادبان‌های بزرگ‌تر و مواد سبک‌تر برای به حداکثر رساندن عملکردشان نیاز دارند. بعد به همیت علت ACS3 برای آزمایش به فضا می‌رود.

این مأموریت اولین آزمایش این فناوری در فضا خواهد می بود و پیروزی آن راه را برای مأموریت‌های آینده هموار می‌کند.

شتابی که فضاپیمای بادبان خورشیدی از نور خورشید دریافت می‌کند به اندازه بادبان و جرم فضاپیما بستگی دارد. برای افزایش کارکرد، طراحان مأموریت باید به بادبان‌های بزرگتر و فضاپیماهای سبک‌تر نگاه کنند.

از نظر دیگر، مسئله حائز اهمیت در ساختار بادبان‌های خورشیدی، بوم آن‌ها است که باید طویل باشد تا بادبان محکم و محکم باشد.

لایت‌سیل ۲ و دیگر فضاپیماهای اسبق بادبان خورشیدی از بوم‌های فلزی منفعت گیری می‌کردند که سنگین می باشند و به علت نوسانات دمایی سرد و گرمی که در فضا استعداد می‌کنند، می‌توانند به‌طور غیرقابل پیش‌بینی منحرف شوند. ACS3 از بوم‌های کامپوزیتی که از پلیمر تحکیم‌شده با فیبر کربن ساخته شده منفعت گیری خواهد کرد.

مواد کامپوزیتی دارای استحکام بالا و وزن کم می باشند و می‌توان آنها را در کاربردهای هوافضا، ماشین و پزشکی یافت.

طول هر بوم بادبان ۷ متر است، اما تنها ۹۰۰ گرم وزن دارد که ۷۵ درصد سبک‌تر از بوم‌های فلزی است. ناسا می‌گوید که آنها ۱۰۰ برابر کمتر در معرض تاب‌خورگی تحت نوسانات شدید دما می باشند.

بوم‌های کامپوزیتی به قدر کافی قوی می باشند که بادبان را محکم نگه دارند، در عین‌حال به قدر کافی انعطاف‌پذیرند تا پیچ نخورند یا به راحتی نشکنند.

ناسا این چنین درحال بازدید منفعت گیری از این مواد برای ساختن زیستگاه‌های انسانی در ماه یا مریخ است.

نحوه کارکرد بادبان خورشیدی تازه ناسا

فضاپیمای ACS3 در هسته خود یک «کیوب‌ست» دارد؛ کیوب‌ست‌ها ماهواره‌های کوچکی می باشند که ابعادی در حد تنها چند متر دارند.

لایت‌سیل ۱ و ۲ نیز شامل کیوب‌ست‌هایی به اندازه یک قرص نان بودند. اما ACS3 یک کیوب‌ست ۱۲ واحدی دارد که تقریباً چهار برابر بزرگتر از کیوب‌ست لایت‌سیل است.

بعد از آنکه بادبان به فضا رسید، بوم‌های بادبان خورشیدی بر روی دوک‌های مرکزی نواری شکل جدا گانه خواهد شد. بوم‌ها چهار بادبان مثلثی شکل را بیرون می‌کشند تا یک مربع را همانند شکل کامل کنند.

در صورت استقرار کامل، بادبان همانند یک بادبادک مربعی شکل خواهد می بود که هر ضلع آن ۹ متر است.

مزایا منفعت گیری از فناوری ACS3

داده‌های به‌دست آمده‌ از ACS3 به طراحی سیستم‌های بادبان خورشیدی در مقیاس بزرگ‌تر پشتیبانی خواهد کرد.

از این سیستم‌ این چنین می‌توان برای هشدار حالت به ماهواره‌های آب‌وهوای فضایی، ماهواره‌های شناسایی سیارک‌های نزدیک زمین و ماهواره‌های ارتباطات منفعت گیری کرد.

علاقه به بادبان‌های خورشیدی به‌گفتن جایگزینی برای پیشرانه‌های شیمیایی و الکتریکی هم چنان درحال افزایش است. منفعت گیری از نور خورشید برای به حرکت درآوردن فضاپیماهای کوچک به‌جای پیشرانه‌های مصرفی برای انجام مأموریت‌ها سودمند خواهد می بود.

انتظار می‌رود این فناوری تبدیل انعطاف‌پذیری زیاد تر در طراحی فضاپیماها خواهد شد و ناسا می‌تواند برای رسیدن‌ به اهداف مأموریت‌های خود بهترین کارکرد را اراعه دهد.