Feb 20, 2024השאר הודעה

האם אפשר להניע ספינה למסעות בין כוכבים באמצעות לייזרים בלי לשאת דלק?

במשך מאות שנים, בני האדם מסורים לחקור את מסתורי היקום. עם זאת, כדי להשיג ניווט בין כוכבי, דרישות הכוח עבור חלליות יהיו מחמירות יותר. כדי לנסוע לכוכבים במרחק עשרות שנות אור, אנחנו צריכים לשאת הרבה דלק, אבל זה יהפוך את החללית לכבדה מדי.

 

מכיוון שיש הרבה מכשולים לסחוב איתך דלק, האם אפשר לנסוע קל ופשוט לוותר על הדלק? כעת ישנה אפשרות לחבר ספינת כוכבים למפרש ענק מחזיר אור ולהאיר אותה בלייזר חזק. התנע של הפוטונים ידחוף את החללית לשבריר ממהירות האור. ברכיבה על הקורה, משימת המפרש הקל יכולה להגיע לפרוקסימה קנטאורי (Proxima Centauri הוא הכוכב הקרוב ביותר לכדור הארץ אחרי השמש, במרחק של כ-4.2 שנות אור מאיתנו) תוך כמה עשורים.

 

מהו מפרש קל? מפרש קל, המכונה גם מפרש שמש או מפרש פוטון, הוא מערכת הנעה של חללית המשתמשת בלחץ האור של אור השמש כהנעה. מפרשים קלים משתמשים בלחץ הקל של אור השמש ולא בכוח שנוצר מאנרגיה סולארית.

 

המפרש הקל הוא עדשת סרט דק ענקית בעובי של עשירית משיער אדם בלבד. אפשר להבין אותו כמפרש בעידן הגילוי. המפרש הקל יוצר לחץ קל על ידי קליטת אור השמש, ובכך דוחף את החללית לנוע ולהאיץ. מכיוון שלחץ הקרינה של אור השמש קטן מאוד, המפרש הקל צריך לעבור תהליך האצה ארוך, אך היתרון שלו הוא שניתן להשתמש בו בכל מקום שיש אור שמש או אור כוכבים אחר, כך שהוא יכול תיאורטית לבצע מסע בין כוכבי לטווח ארוך.

 

עם זאת, עדיין צריך לפתור את הבעיות של בניית מפרש קל מספיק גדול וקל ואיך משייטים אותו קדימה. נכון לעכשיו, טכנולוגיית המפרש הקל עדיין נמצאת בשלב המחקר התיאורטי, והאתגרים ההנדסיים שלה הם עצומים מכיוון שאפילו הבעיות הקטנות ביותר עשויות להיות קשות לפתרון על פני עשורים של שנות אור.

 

לגבי היציבות של מפרשי אור מונעי לייזר, מאמר שנערך לאחרונה דן כיצד לאזן את מפרש האור על קרן הלייזר. בעוד שלייזר יכול להיות מכוון ישירות לכוכב, או למיקומו של הכוכב עשרות שנים מאוחר יותר, המפרש הקל יכול לעקוב אחרי הקרן רק אם היא מאוזנת בצורה מושלמת. אם מפרש האור מוטה מעט ביחס לקורה, אור הלייזר המוחזר ייתן למפרש האור דחיפה צדדית קלה. לא משנה כמה הסטייה הזו קטנה, היא תגדל עם הזמן, ותגרום למסלול של המפרש הקל לסטות ללא הרף מהמטרה. לעולם לא נוכל ליישר מפרש קל בצורה מושלמת, אז אנחנו צריכים דרך כלשהי לתקן סטיות קטנות.

news-750-582

רקטות מסורתיות בעצם משתמשות בג'ירוסקופים פנימיים כדי לייצב את הרקטה ולהשתמש במנוע כדי להתאים באופן דינמי את הדחף כדי להחזיר את האיזון. אבל מערכות הג'ירוסקופ מגושמות מדי עבור מפרשי אור בין-כוכביים, והתאמות של האלומה יידרשו חודשים או שנים עד שיגיעו למפרש הקל, מה שהופך שינויים מהירים לבלתי אפשריים. אבל העיתון מציע להשתמש בטריק קרינה בשם Poynting. -אפקט רוברטסון.

 

אפקט פוינטינג-רוברטסון מתייחס לתופעה שחלקיקים במרחב הבין-פלנטרי נגררים לכיוון השמש ונעים סביב השמש עקב אינטראקציה עם קרינת השמש. היא נגרמת על ידי בליעה ופליטת קרינה על ידי חלקיקים, ולכן היא נקראת גם השפעת לחץ האור הגורם לחלקיקי אבק ליפול לאט אל השמש לאורך מסלול ספירלי. עוצמת האפקט הזה פרופורציונלית למהירות הליניארית של אבק סביב השמש ולעוצמת קרינת השמש.

 

אז איך אנחנו משתמשים באפקט פוינטינג-רוברטסון כדי לשמור על גלאי המפרש הקל שלנו במסלול? בהנחה שהקרן היא גל מישורי מונוכרומטי פשוט (לייזרים אמיתיים מורכבים יותר), המחברים מראים כיצד מערכת פשוטה של ​​שני מפרשים יכולה להשתמש בהשפעות של תנועה יחסית כדי לשמור על איזון כלי השיט. כאשר המפרש סוטה מעט ממסלולו, כוח השיקום מהקורה מבטל אותו. זה מוכיח שהרעיון בר ביצוע. אבל עם הזמן נכנסות לתמונה גם השפעות רלטיביסטיות. מחקרים קודמים הביאו בחשבון את אפקט הדופלר של תנועה יחסית, אך מחקר זה מראה שגם גרסה רלטיביסטית של סטייה כרומטית באה לידי ביטוי. יש לקחת בחשבון את כל מגוון ההשפעות הרלטיביסטיות בעיצובים בפועל, הדורשים מודלים מורכבים וטכניקות אופטיות. כך שמפרשים קלים עדיין נראים כדרך אפשרית להגיע לכוכבים. רק שעלינו להיזהר לא לזלזל באתגרים ההנדסיים.

שלח החקירה

whatsapp

טלפון

דוא

חקירה