ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ช่วยให้ยานอวกาศไปถึงดาวอังคารใน 26 วัน

ทีม นักวิทยาศาสตร์ จำลองการเดินทางไปยังดาวอังคารและอวกาศระหว่างดวงดาวโดยใช้ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่ทำจากแอโรกราไฟต์และได้ผลลัพธ์ที่น่าประทับใจ

การจำลองใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ของ LightSail 2 ภาพ: Planetary Society — การจำลองใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ของ LightSail 2 ภาพ: *Planetary Society*

นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งกำลังศึกษาถึงศักยภาพในการใช้สารแอโรกราไฟต์เพื่อสร้างใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถเดินทางไปยังดาวอังคารและที่ไกลออกไปได้ ตามรายงานของ Interesting Engineering เมื่อวันที่ 27 กันยายน ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ได้รับการทดสอบในอวกาศเป็นครั้งแรกโดยภารกิจ LightSail 2 ขององค์กรไม่แสวงหากำไร Planetary Society ซึ่งเพิ่มวงโคจรของดาวเทียม CubeSat ขนาดเล็กขึ้น 2 ไมล์ (3.2 กม.) โดยใช้เพียงการขับเคลื่อนด้วยโฟตอนหรือลำแสงจากดวงอาทิตย์เท่านั้น งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Acta Astronautica ให้รายละเอียดว่านักวิทยาศาสตร์จำลองการบินไปยังดาวอังคารและอวกาศระหว่างดวงดาวโดยใช้ใบเรือสุริยะแบบแอโรกราไฟต์อย่างไร

ในการศึกษานี้ ทีมงานที่อยู่เบื้องหลังโครงการได้จำลองความเร็วของใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่ทำจากแอโรกราไฟต์ พวกเขาจำลองยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีมวล 1 กิโลกรัม ประกอบด้วยแอโรกราไฟต์ 720 กรัม และพื้นที่หน้าตัด 104 ตารางเมตร พวกเขาได้วัดความเร็วที่ใบเรือสุริยะสามารถไปถึงดาวอังคารและอวกาศระหว่างดวงดาวซึ่งเรียกว่า เฮลิโอพอส ซึ่งเป็นจุดที่ไม่สามารถรู้สึกถึงอิทธิพลของลมสุริยะได้อีกต่อไป นักวิจัยจำลองเส้นทางที่แตกต่างกันสองเส้นทางจากโลกที่เรียกว่าเส้นทางเปลี่ยนผ่านออกโดยตรงและเส้นทางเปลี่ยนผ่านเข้าสำหรับแต่ละเที่ยวบิน

วิธีการเปลี่ยนผ่านออกโดยตรงสำหรับการเดินทางไปยังดาวอังคารและขอบเขตเฮลิโอสเฟียร์เกี่ยวข้องกับการใช้ใบเรือสุริยะและออกเดินทางจากวงโคจรขั้วโลกรอบโลก สำหรับวิธีการเปลี่ยนผ่านเข้าด้านใน ยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์จะถูกขนส่งด้วยจรวดธรรมดาไปยังตำแหน่งที่ห่างจากดวงอาทิตย์ 0.6 หน่วยดาราศาสตร์ (AU) จากนั้นใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์จะกางออกและเริ่มการเดินทางไปยังดาวอังคารหรือขอบเขตระหว่างดวงดาว

ทีมวิจัยพบว่าวิธีการเปลี่ยนผ่านโดยตรงจะทำให้ยานอวกาศที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์สามารถไปถึงดาวอังคารได้ภายใน 26 วัน ยานอวกาศที่ใช้การขนส่งแบบมองเข้าด้านในจะไปถึงดาวเคราะห์สีแดงใน 126 วัน สำหรับการเดินทางไปยังเฮลิโอสเฟียร์ วิธีการเปลี่ยนผ่านเข้าใช้เวลา 5.3 ปี ในขณะที่วิธีการเปลี่ยนผ่านออกใช้เวลา 4.2 ปี วิธีการเปลี่ยนผ่านออกไปต้องใช้เวลาเดินทาง 103 วันก่อนจะนำไปใช้งาน แต่สามารถเข้าถึงเฮลิโอสเฟียร์ได้เร็วกว่าเนื่องจากใบเรือสุริยะสามารถเข้าถึงความเร็วสูงสุดในเวลา 300 วัน โดยใช้แนวทางมองไปข้างหน้า ต้องใช้เวลาถึง 2 ปีจึงจะบรรลุความเร็วสูงสุด

สาเหตุส่วนใหญ่ที่ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ในการจำลองของนักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าถึงสถานที่ห่างไกลด้วยความเร็วสูงได้นั้น เป็นเพราะวัสดุแอโรกราไฟต์ ด้วยความหนาแน่นต่ำเพียง 0.18 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร แอโรกราไฟต์จึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าวัสดุใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์แบบทั่วไปทั้งหมด จูเลียส คาร์ลัปป์ หัวหน้าทีมและผู้ช่วยวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดรสเดน กล่าว

"ตัวอย่างเช่น เมื่อเปรียบเทียบกับไมลาร์ ความหนาแน่นจะน้อยกว่าหลายเท่า หากสมมติว่าแรงขับของใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับมวลของใบเรือโดยตรง ผลลัพธ์ที่ได้คือแรงขับที่สูงกว่ามาก นอกจากข้อได้เปรียบด้านอัตราเร่งแล้ว คุณสมบัติเชิงกลของแอโรกราไฟต์ยังน่าสนใจมากอีกด้วย" คาร์ลแลปกล่าว

แม้ว่าจะมีความเร็วสูงมาก แต่ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์สามารถขนส่งสินค้าไปยังดาวอังคารหรืออวกาศลึกได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ภารกิจ Breakthrough Starshot หวังที่จะส่งมอบกล้องน้ำหนักเบามากไปยังระบบดาวที่ใกล้ที่สุดคืออัลฟาเซนทอรีภายใน 20 ปี

อัน คัง (ตาม หลักวิศวกรรมที่น่าสนใจ )

ลิงค์ที่มา