Immagina una vela a energia solare che potrebbe spingere un'astronave attraverso il vuoto dello spazio come un vento che guida una vela qui sulla Terra. La NASA e altre agenzie spaziali stanno prendendo sul serio l'idea e stanno lavorando su varie tecnologie prototipo. Edward Montgomory è il Technology Area Manager di Solar Sail Propulsion presso la NASA. Hanno appena testato una vela di 20 metri (66 piedi) presso la struttura Plum Brook del centro di ricerca Glenn a Sandusky, Ohio.
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Fraser Cain - Puoi darmi qualche informazione sulle vele solari in generale?
Edward Montgomery - Questa è una tecnologia alla quale la nostra agenzia è interessata da qualche tempo, ma la storia risale a diverse centinaia di anni fa a Fredrick Sander alla fine del secolo (19 °). In tempi più recenti, abbiamo scoperto che i progressi in un paio di aree particolari lo hanno reso qualcosa che dobbiamo davvero esaminare. I materiali compositi che sono usciti negli ultimi due anni, come ad esempio nelle attrezzature sportive realizzate con canne ultraleggere, leggere e con tecnologia cinematografica che in qualche modo è legata all'industria dei materiali e ai campi dei circuiti integrati, ad esempio e additivi per vernici. Questi campi hanno permesso di costruire strutture nello spazio simili a gossamer e non siamo mai stati in grado di farlo fino a un paio di decenni prima (ora) e una volta che puoi ridurre il tipo di massa davvero in basso, allora non ci vuole molto perché la forza ottenga qualche accelerazione e una buona propulsione.
In che modo la luce può fornire propulsione al foglio di alluminio nello spazio?
Questa è una proprietà molto affascinante che la luce ha; non ha davvero massa, quindi non può rimbalzare da qualcosa, ma in effetti interagisce con gli ostacoli; gli dà slancio e questo è stato teorizzato da Einstein ed è stato dimostrato in numerosi esperimenti di laboratorio.
Qual è la tecnologia che stai testando alla NASA in questo momento?
Stiamo prendendo un particolare concetto di vela solare che è una vela quadrata; ha 4 bracci che escono e tra i bracci vi sono vele triangolari e quel sistema è progettato per trasportare carichi utili di dimensioni relativamente modeste: il carico utile di Robotic Science. Stiamo esaminando diverse missioni nel sistema solare interno per studiare la fisica del Sole e come interagisce con la Terra.
Quindi invieresti la tua vela solare dalla nostra posizione; l'orbita terrestre, più vicina al sole? Mi sembra un po 'arretrato.
Bene, la spinta che la vela può produrre è proporzionale alla forza della luce solare e mentre ti avvicini al Sole, la forza di quella propulsione sale come il quadrato della distanza man mano che ti avvicini così in realtà, funziona molto di più in modo efficiente vicino al sole. Le missioni che sono state pianificate per guardare al sistema solare esterno; quasi tutti hanno coinvolto prima andando nel sistema solare interno volando vicino al Sole e ottenendo una buona spinta e poi uscendo. Ma le missioni a breve termine che stiamo guardando sono missioni sospese; non vanno molto veloci. C'è un punto di equilibrio tra l'attrazione gravitazionale della Terra e l'attrazione gravitazionale del Sole chiamato punto di Lagrange, e ora abbiamo dei satelliti che si trovano lì. Ciò non richiede alcuna propulsione particolare, ma se vuoi sederti e librarti ad un certo punto più vicino al Sole (per arrivare a) quel particolare punto nello spazio, allora devi avere alcune capacità di propulsione e i nostri scienziati hanno un interesse intenso a voler essere a quel punto. Puoi immaginare come potrebbe essere un posto vantaggioso per mettere alcuni strumenti tra la Terra e il Sole per capire come sia quella proprietà fisica.
Ok, quindi ho capito; sarebbe come se il Sole fosse un fan e tu avessi la tua vela e la lasciassi scivolare verso il Sole al punto che la forza dell'energia del Sole che fuoriesce da essa è perfettamente bilanciata per trattenere la vela solare nel punto. Non andrebbe oltre né andrebbe più vicino.
Giusto. È corretto.
Che tipo di esperimenti saresti interessato a fare se potessi avvicinarti così tanto e riuscire a mantenere la stazione?
Sono un ingegnere di propulsione, non un ricercatore; possono fare un lavoro molto migliore nello spiegare esattamente cosa stanno studiando, ma alcuni degli strumenti che hanno intenzione di mettere su di esso misurano la magnetosfera, misurano le particelle ad alta energia mentre passano. Di particolare interesse è il rilevamento di espulsioni di massa coronale; questi sono i grandi eventi di bagliori che accadono sul Sole, che una volta raggiunti la Terra possono davvero interrompere le nostre comunicazioni e possono effettivamente danneggiare e distruggere le apparecchiature elettroniche sensibili. Una tale esplosione nel 1986 ha causato diversi milioni di dollari di danni solo nel Nord America, quindi vogliamo essere in grado di prevedere quegli eventi quando si verificano e se abbiamo abbastanza tempo di preavviso, possiamo spegnere le nostre attrezzature o in condizioni particolari, tenerle dal farsi male, quindi è importante sapere quando arriverà un'espulsione di massa coronale.
Cosa potrebbe riservare il futuro per questa tecnologia, con la possibilità di esplorare il sistema solare esterno?
Bene, questo è un buon punto. Come ho appena detto, queste espulsioni di massa coronale possono anche essere molto dannose per i nostri astronauti, quindi la NASA sta cercando in un prossimo futuro di tornare sulla Luna e su Marte di cui si è discusso molto. Dovremo essere in grado di prevedere quando si verificano questi eventi (espulsioni di massa coronale) in modo che i nostri astronauti possano arrivare a paradisi sicuri da quegli eventi, quindi probabilmente avremo bisogno di avere questi satelliti di avvertimento posizionati vicino alla luna e su Marte e possibilmente intorno il sistema solare per un avvertimento nel farlo. (Dopodiché) alla fine in futuro c'è un intenso interesse nel voler capire la struttura del nostro sistema solare al di fuori dell'orbita di Plutone, in particolare l'Eliopausa, ora l'astronave Voyager è appena entrata in quella regione; ci sono stati alcuni risultati interessanti che ritornavano lì dentro; e ci sono molte cose che vorremmo sapere in quella regione dello spazio. Poco oltre c'è qualcosa chiamato Oort Cloud che presumibilmente è l'area dello spazio in cui molte comete che vediamo vivono la maggior parte della loro vita, ma a volte vengono al sole. Quindi c'è un bel po 'di scienza da fare; osservazione ed esplorazione appena oltre i confini del sistema solare.
Qualcosa di diverso nella costruzione di una vela solare a cui potrebbe spostarsi nel sistema solare esterno rispetto a quello su cui stai lavorando in questo momento?
Non deve essere. Potresti prendere la tecnologia che stiamo perseguendo ora per fare questi segnali di espulsione di massa coronale e puoi mandare quella vela in missione. Il problema è che ci vorrebbe o più per arrivare a quelle Oort Clouds e uscire in Heliopause. Se possiamo costruire una vela che è un ordine di grandezza o un decimo del peso per la stessa quantità di area; che è 10 volte meglio se vuoi, allora possiamo fare la stessa missione in metà tempo, quindi per iniziare davvero a considerare quella missione, vorremmo costruire vele più performanti per farlo davvero e per farlo durante la nostra vita, se vorrai.
Qual è il lasso di tempo ora in avanti con il prototipo che stai testando e i tuoi piani futuri?
È qualcosa che in questo momento si sta studiando molto in agenzia; in particolare, esiste un comitato consultivo scientifico che si riunisce e determina quali sono le loro priorità scientifiche e che fissa la data di necessità per quando le vele devono essere pronte. Quando può essere pronto ..., quello che abbiamo fatto negli ultimi 3 anni che è culminato in questi test a Plumbrook è fare del nostro meglio per progettare e far funzionare una vela solare in un ambiente spaziale simulato. Il prossimo passo è salire nello spazio e quello sarà un passo importante. Dobbiamo davvero avere un volo della vela solare e vedere come funziona nello spazio: i carichi sulla struttura della vela sono molto, molto meno di quelli che sono qui a terra. La gravità mette un carico sulle vele 4000 volte più alto di quello che farà il Sole. Quindi un vero ambiente è nello spazio e dobbiamo portarlo su (la vela) per provarlo. Sono altri 3-5 anni per fare quel genere di cose, e poi sarà pronto per essere infuso in una missione scientifica; 3-5 anni di pianificazione e sviluppo della missione spaziale nominale. Quindi, entro il prossimo decennio, certamente, mi aspetto di vedere una vela solare volare.
