Tento článek byl původně publikován na webu Supercluster, věnovaném vyprávění největších vesmírných příběhů lidstva.
Carl Sagan snil o navigaci sluneční soustavy na plachtách tlačených poryvy slunečního světla, které stékaly z naší hostitelské hvězdy.
Cílem planetární společnosti, vedené generálním ředitelem Billem Nyeem, „vědeckým chlapem“, je přispět k tomu, aby se tento sen stal skutečností se satelitem ne větším než krabici od bot. Tyto „sluneční plachty“, které byly testovány jen několikrát, mohou jednoho dne nést kosmickou loď na jiné planety nebo možná i na jiné hvězdné systémy.
Další fáze slunečního plachtění byla zahájena 24. června, kdy raketa SpaceX Falcon Heavy zvedla odpalovací rampu na Kennedyho vesmírném středisku na Floridě. Uvnitř svého masivního nosního kužele, zasunutého mezi dvěma desítkami dalších satelitů, seděl malý kosmický člun: zařízení velikosti bochníku chleba určené k tomu, aby se pohánělo gossamerovými plachtami, které využívají tlak slunečního světla.
Plavidlo, nazvané LightSail 2, by mohlo být začátkem nové éry kosmického letu - takového, ve kterém se kosmická loď vzdává raketových motorů, na které se po desetiletí spoléhají, a elegantně pluje ve větru slunečního svitu. Přibližně sedm dní po startu vyskočí LightSail 2 z kontejneru, vysune čtyři třináctimetrová ramena a nasadí čtyři zrcadlové listy Mylaru, které společně tvoří plachtu ve tvaru 340 čtverečních stop. Další část je čistě kosmická magie.
Podle Planetární společnosti bude LightSail 2 prvním plavidlem, které bude navigovat přísně světlem, zatímco na oběžné dráze Země. LightSail se pak bude chovat jako plachetnice, aby zvýšila svou nadmořskou výšku, což mu vynáší vyznamenání za to, že je první kosmickou lodí, která odpluje na vyšší orbitu kolem naší planety. Tento výkon nebeské navigace by mohl být dalším krokem ke snu Carla Sagana o cestování po vesmíru na reflexních plachtách poháněných paprsky světla.
**********
Pokud podržíte ruce na slunci, co cítíte? Teplo. Ale skryté mezi teplom je tlak, takže si to ani minutu nevšimnete. Světlo samo vyvíjí sílu, jako větrný vánek, ale je to tak jemné, že byste si toho nikdy nevšimli. Na Zemi je to zhruba ekvivalent kancelářské sponky spočívající v rukou.
Ale v téměř vakuu vesmíru může mít i nepatrný tlak velký účinek, protože to neustále tlačí, hodinu za hodinu, den co den. A na rozdíl od raketového paliva je k dispozici bezplatná a prakticky neomezená nabídka slunečního světla. Pokud dokážeme tuto sílu využít, můžeme ji použít; vše, co potřebujeme, jsou plachty. Stejně jako námořníci staré, i budoucí kosmické lodě (a kosmičtí cestovatelé) se mohli pomocí Slunce pohnout do obrovské kosmické rozlohy - nebo alespoň tak to Sagan představil.
Schéma raketoplánu uvolňujícího lehkou plachtu z nákladového prostoru. (JPL) Sagan měl velkou vizi pro budoucnost vesmírného průzkumu a představoval si, že se astro námořníci budou podílet na mezigalaktických regatách a probojovat své kosmické lodě vesmírem využitím síly hvězdného světla. Nebyl však první, kdo si představil, jak lidstvo pluje světlem.
Před čtyřmi stoletími se na obloze objevila kometa, která upoutala pozornost německého astronoma Johannese Keplera. Všiml si, že se zdálo, že se za ním šíří ocas komety. Sluneční světlo, pomyslel si, musí zahřát kometu a volný materiál z jejího povrchu. Toto promyšlené pozorování pobídlo Keplera, aby si myslel, že sluneční světlo může být užitečnou formou pohonu.
"Poskytujte lodě nebo plachty přizpůsobené nebeským vánkům, a budou i někteří, kdo se statečně vyrovná i tomu prázdnotě, " napsal Galileu v roce 1608.
Kepler žil uprostřed vědecké renesance, v době, kdy si lidstvo začalo uvědomovat své místo ve vesmíru. Země nebyla středem sluneční soustavy, ale ve skutečnosti jedna z mnoha planet obíhajících kolem jedné z mnoha hvězd. Vzhledem k tomu, že lodě - v té době běžná forma cestování - jsou poháněny větry, zdá se jen přirozené, že Kepler si představí, že lidé plují vesmírem stejným způsobem, jakým se námořníci pohybují po moři.
Keplerovy sny by však staly po staletí skutečností.
V roce 1865 James Clerk Maxwell ukázal světu, že světlo obsahuje pakety energie nazývané fotony, a fotony měly hybnost, kterou bylo možné přenést na jiné objekty. Pokud by foton přišel do kontaktu s předmětem, jako je lesklá sluneční plachta, přenesl by část své energie a posunul plachtu dopředu.
Různé designy tvaru lehkých plachet. (Raquel Scoggin / Supercluster) S pokroky v raketě po druhé světové válce a se spuštěním Sputniku v roce 1957 se myšlenka zkoumání vesmíru najednou posunula ze sci-fi do reality a sluneční plachtění se znovu zdálo jako lákavá forma pohonu.
Brzy po svém vzniku začala NASA plánovat ambiciózní vesmírné mise, včetně financování několika studií slunečních plachet. V sedmdesátých letech byl vylíhnut plán na setkání s kometou - stejná kometa, kterou Kepler špehoval na obloze před staletími. Tato kosmická loď by byla vybavena sluneční plachtou, která by na svou cestu využila sluneční energii. Naneštěstí byl plán vyřazen dříve, než dosáhl odpalovacího pole, ale myšlenka na sluneční plachtění by žila dál.
Lou Freedman, inženýr NASA, který pracoval na této nyní zaniklé misi, byl stále přesvědčen, že sluneční plachtění je životaschopnou formou pohonu. V roce 1980 spolu s Carlem Saganem a Brucem Murrayem, bývalým šéfem laboratoře tryskového pohonu NASA, spoluzakládal Planetární společnost z velké části, aby proměnil sluneční plachtění v realitu.
"Sluneční plachtění bylo do DNA Planetární společnosti vpraveno od té doby, co jsme byli dokonce založeni, " říká Superclusterová Jennifer Vaughn, hlavní provozní ředitelka společnosti. "Všichni tři naši zakladatelé měli ruku v raných fázích sluneční plachtění."
**********
Hlavním úkolem by bylo zjistit, jak postavit obrovskou, ultra lehkou sluneční plachtu a poté ji za přijatelných podmínek vypustit do vesmíru. Ale skupina vytrvala a první společenský vpád do sluneční plachtění konečně zasáhl odpalovací rampu v roce 2005 ve formě kosmické lodi s názvem Cosmos 1. Bohužel, budoucí satelit se nedostal na oběžnou dráhu a zhroutil se poblíž Ruska v Barentsovo moře. Uplyne dalších deset let, než Planetary Society dosáhne svého prvního úspěchu v plachtění.
Schéma sluneční plachty. (JPL) Manažeři misí se vrátili na rýsovací prkno a rozhodli se pro svůj další pokus myslet menší. Kubánci - kteří mají velikost bochníku chleba - propukli na scénu kosmického letu a poskytli levnější alternativu k tradičním objemným satelitům.
Podle Bill Nye, příchod CubeSats vlastně vedl k aktuálnímu designu čtvercové plachty. "Ukázalo se, že čtvercová plachta je docela dobrým výchozím bodem a docela dobrým designem, " řekla Nye Supercluster.
Výsledné plavidlo, nazvané LightSail 1, bylo zmenšenou verzí Cosmosu 1. Tento mini satelit velikosti shoebox byl vypuštěn v roce 2015, zastavil jízdu na raketě Atlas V a letěl na oběžné dráze vedle tajné kosmické lodi X-37B letectva .
Jakmile na oběžné dráze, LightSail 1 dokázal, že by mohla úspěšně nasadit svou plachtu ve vakuu vesmíru. Drobný satelit však během své mise čelil nesčetným problémům, včetně softwarových závad, ztrát signálu a problémů s baterií. Po bouřlivém čase na oběžné dráze nízké Země nasadilo malé plavidlo svůj jmenovec: čtyři lesklé mylarové plachty, což dokazuje, že můžete v malém balení namontovat plnou lehkou plachtu.
Přes své neúspěchy, jako ukázka technologie, byl LightSail 1 úspěšný. Na oslavu to rozzářilo konečný selfie. Ale také to přimělo lidi, aby vzhlédli a pokusili se spatřit plavidlo, které stoupalo nad Zemi. Nye si dokonce v noci všiml drobného satelitu, který se třpytil, když procházel světlem znečištěnou oblohou v New Yorku.
S velmi malým počtem částic, které zpomalí lehké plachtění s tažením, by se mohla časem urychlit kosmická loď na velmi vysoké rychlosti. (Raquel Scoggin / Supercluster) Dosažení tohoto bodu bylo obrovským úspěchem pro planetární společnost, neziskovou formulou, která má přispět k rozvoji vesmírné vědy a výzkumu. "Vesmír přináší v nás to nejlepší, " říká Bill Nye. "Vyzývá všechny lidi a všechny národnosti."
Tuto misi (a rozvoj sluneční plachtění) podpořilo více než 40 000 členů Planetární společnosti a darovalo od 5 do více než 1 milionu USD na financování této organizace.
"Je neuvěřitelně vzácné, že člověk dostane příležitost účastnit se prvních fází nové technologie pohonu kosmických lodí, " říká Bruce Betts, vedoucí mise LightSail. "Není jich tolik." Být v počátečních fázích, prvních krocích sluneční plachtění, je docela čest. “
**********
V průběhu let, kdy planetární společnost stavěla své plachetnice, vypluli také jiní po celém světě.
Byla zahájena zkušební mise 2015 s názvem CubeSail, kterou vytvořilo Surrey Space Center ve Velké Británii, ale nepodařilo se správně nasadit. Tři další malé plachetní mise - NASA NanoSail-D, kanadský CanX-7 a Surrey's InflateSail - měly určitý úspěch, ale stejně jako LightSail 1 byly jejich mise omezeny na nízkou oběžnou dráhu Země.
Schéma sluneční plachty. (JPL) Japonsko má zatím největší úspěch se solárními plachtěními, protože se jedná o meziplanetární papírové draky zrychlené vyzařováním Slunce (IKAROS) vypuštěné na oběžné dráze kolem Slunce v roce 2010. Jakmile se v hlubokém vesmíru roztočilo, otevřelo se 46 stop široké čtvercová plachta a poprvé v historii, začala řídit a měnit svou rychlost pomocí síly slunečního svitu.
Kosmická loď měla také zabudované solární články do své plachty ve tvaru draka pro výrobu elektřiny. Neočekávalo se, že by buňky během letu produkovaly mnoho energie, ale místo toho sloužily jako zkušební lože pro budoucí iontové hnací motory.
IKAROS strávil příští tři roky měřením zrychlení vlivem světelného tlaku. Testoval také různé způsoby ovládání svého pohybu pomocí tekutých krystalů (připomínajících elektronický LCD displej) zabudovaných do plachty, které mohly upravit odrazivost plavidla a změnit jeho rychlost. Elektřina proudící skrz panely zvýšila odrazivost, což umožnilo kosmické lodi zrychlit se vpřed, zatímco vypnutím proudu se tlak slunečního světla rozptýlil.
Japonští vesmírní představitelé tvrdí, že IKAROS dokázal upravit svůj směr i orientaci před plánovaným koncem mise v roce 2015. Kontakt s IKAROS byl ztracen, ale následné sledování ukazuje, že sluneční plachta stále obíhá kolem Slunce mezi Zemí a Venuší, a tvar jeho oběžné dráhy se stále mění v důsledku změn světelného tlaku.
Ale spolu s jeho úspěchy, IKAROS data ukazují, že máme ještě dlouhou cestu, než si uvědomíme plný potenciál sluneční plachtění. Planetární společnost doufá, že pokud vše půjde podle plánu, LightSail 2 pomůže proměnit sluneční plachty v spolehlivou, nízkonákladovou metodu s nulovým pohonem, která letí vesmírem.
Odtud jsou možnosti téměř neomezené. S lehkou plachtou mohla kosmická loď jít na Měsíc, na asteroidy, na Jupiter - kamkoli fouká vítr světla, bez paliva.
