მზის იალქანი არის გზა კოსმოსური ხომალდის ასაწევად, სინათლის და მაღალი სიჩქარის გაზების (ასევე უწოდებენ მზის სინათლის წნევას) ზეწოლის, რომელიც გამოსხივებულია ვარსკვლავის მიერ. მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ მის მოწყობილობას.
იალქნის გამოყენება ნიშნავს დაბალფასიან კოსმოსურ მოგზაურობას გახანგრძლივებულ სიცოცხლესთან ერთად. მრავალი მოძრავი ნაწილის ნაკლებობის გამო, ისევე როგორც საწვავის გამოყენების აუცილებლობის გამო, ასეთი გემი პოტენციურად შეიძლება ხელახლა გამოყენებადი ტვირთის მიწოდებისთვის. ასევე ზოგჯერ გამოიყენება სახელები მსუბუქი ან ფოტონის აფრები.
კონცეპტუალური ამბავი
იოჰანეს კეპლერმა ერთხელ შენიშნა, რომ კომეტის კუდი მზისგან შორს იყურება და ვარაუდობდა, რომ ეს არის ვარსკვლავი, რომელიც აწარმოებს ამ ეფექტს. 1610 წელს გალილეოსადმი მიწერილ წერილში ის წერდა: „მიეცი გემს მზის ნიავზე ადაპტირებული აფრები და იქნებიან ისეთები, ვინც გაბედავს ამ სიცარიელის შესწავლას“. შესაძლოა, ამ სიტყვებით მან სწორედ „კომეტის კუდის“ფენომენს მოიხსენია, თუმცა ამ თემაზე პუბლიკაციები რამდენიმე წლის შემდეგ გაჩნდა.
ჯეიმს კ. მაქსველმა XIX საუკუნის 60-იან წლებში გამოაქვეყნა ელექტრომაგნიტური ველის თეორია დარადიაცია, რომელშიც მან აჩვენა, რომ სინათლეს აქვს იმპულსი და, შესაბამისად, შეუძლია ზეწოლა მოახდინოს ობიექტებზე. მაქსველის განტოლებები იძლევა თეორიულ საფუძველს მსუბუქი წნევის მოძრაობისთვის. ამიტომ, ჯერ კიდევ 1864 წელს, ფიზიკურ საზოგადოებაში და მის ფარგლებს გარეთ ცნობილი იყო, რომ მზის სინათლე ატარებს იმპულსს, რომელიც ახდენს ზეწოლას ობიექტებზე.
პირველად, პიოტრ ლებედევმა ექსპერიმენტულად აჩვენა სინათლის წნევა 1899 წელს, შემდეგ კი ერნესტ ნიკოლსმა და გორდონ ჰულმა ჩაატარეს მსგავსი დამოუკიდებელი ექსპერიმენტი 1901 წელს ნიკოლსის რადიომეტრის გამოყენებით.
ალბერტ აინშტაინმა შემოიტანა განსხვავებული ფორმულირება, რომელიც აღიარებდა მასისა და ენერგიის ეკვივალენტობას. ახლა ჩვენ შეგვიძლია უბრალოდ დავწეროთ p=E/c, როგორც თანაფარდობა იმპულსს, ენერგიასა და სინათლის სიჩქარეს შორის.
სვანტე არენიუსმა 1908 წელს იწინასწარმეტყველა მზის რადიაციის მიერ ცოცხალი სპორების გადატანის შესაძლებლობა ვარსკვლავთშორის მანძილზე და, შედეგად, პანსპერმიის კონცეფცია. ის იყო პირველი მეცნიერი, რომელმაც განაცხადა, რომ სინათლეს შეუძლია ობიექტების გადაადგილება ვარსკვლავებს შორის.
ფრიდრიხ ზანდერმა გამოაქვეყნა ნაშრომი, რომელიც შეიცავს მზის აფრების ტექნიკურ ანალიზს. მან დაწერა "სარკეების უზარმაზარი და ძალიან თხელი ფურცლების გამოყენებაზე" და "მზის ზეწოლაზე კოსმოსური სიჩქარის მისაღწევად."
პირველი ფორმალური პროექტები ამ ტექნოლოგიის განვითარებისთვის დაიწყო 1976 წელს რეაქტიული ამოძრავების ლაბორატორიაში შემოთავაზებული პაემნის მისიისთვის ჰალეის კომეტასთან.
როგორ მუშაობს მზის იალქანი
სინათლე გავლენას ახდენს ყველა მანქანაზე პლანეტის ორბიტაზე ან მის შიგნითპლანეტათაშორისი სივრცე. მაგალითად, მარსზე მიმავალი ჩვეულებრივი კოსმოსური ხომალდი მზიდან 1000 კმ-ზე მეტი იქნება დაშორებული. ეს ეფექტები ჩართული იყო კოსმოსური მოგზაურობის ტრაექტორიის დაგეგმვაში 1960-იანი წლების პირველივე პლანეტათაშორისი კოსმოსური ხომალდის შექმნის შემდეგ. რადიაცია ასევე მოქმედებს სატრანსპორტო საშუალების პოზიციაზე და ეს ფაქტორი უნდა იყოს გათვალისწინებული გემის დიზაინის დროს. მზის აფრების ძალა არის 1 ნიუტონი ან ნაკლები.
ამ ტექნოლოგიის გამოყენება მოსახერხებელია ვარსკვლავთშორის ორბიტებში, სადაც ნებისმიერი ქმედება დაბალი ტემპით ხორციელდება. მსუბუქი აფრების ძალის ვექტორი ორიენტირებულია მზის ხაზის გასწვრივ, რაც ზრდის ორბიტის ენერგიას და კუთხურ იმპულსს, რის შედეგადაც ხომალდი მზიდან შორდება. ორბიტის დახრილობის შესაცვლელად ძალის ვექტორი სიჩქარის ვექტორის სიბრტყის გარეთაა.
პოზიციის კონტროლი
კოსმოსური ხომალდის დამოკიდებულების კონტროლის სისტემა (ACS) საჭიროა სამყაროში მოგზაურობისას სასურველი პოზიციის მისაღწევად და შესაცვლელად. აპარატის დაყენებული პოზიცია იცვლება ძალიან ნელა, ხშირად ერთ გრადუსზე ნაკლები დღეში პლანეტათაშორის სივრცეში. ეს პროცესი ბევრად უფრო სწრაფად ხდება პლანეტების ორბიტაზე. მზის იალქანი სატრანსპორტო საშუალების მართვის სისტემა უნდა აკმაყოფილებდეს ყველა საორიენტაციო მოთხოვნას.
კონტროლი მიიღწევა ჭურჭლის წნევის ცენტრსა და მასის ცენტრს შორის შედარებითი გადანაცვლებით. ამის მიღწევა შესაძლებელია საკონტროლო ფარებით, ცალკეული აფრების გადაადგილებით, საკონტროლო მასის გადაადგილებით ან ამრეკლავის შეცვლითშესაძლებლობები.
მდგარი პოზიცია მოითხოვს ACS-ს, რათა შეინარჩუნოს წმინდა ბრუნი ნულზე. აფრების ძალის მომენტი არ არის მუდმივი ტრაექტორიის გასწვრივ. იცვლება მზიდან და კუთხიდან დაშორებით, რაც ასწორებს აფრების ლილვს და გადახრის საყრდენი სტრუქტურის ზოგიერთ ელემენტს, რაც იწვევს ძალასა და ბრუნვის ცვლილებას.
შეზღუდვები
მზის იალქანი ვერ იმუშავებს დედამიწიდან 800 კმ-ზე დაბალ სიმაღლეზე, ვინაიდან ამ მანძილზე ჰაერის წინააღმდეგობის ძალა აღემატება სინათლის წნევის ძალას. ანუ, მზის წნევის გავლენა სუსტად შესამჩნევია და ის უბრალოდ არ იმუშავებს. მცურავი გემის ბრუნვის სიჩქარე უნდა შეესაბამებოდეს ორბიტას, რაც ჩვეულებრივ პრობლემას წარმოადგენს მხოლოდ დაწნული დისკის კონფიგურაციისთვის.
სამუშაო ტემპერატურა დამოკიდებულია მზის მანძილზე, კუთხეზე, არეკვლაზე და წინა და უკანა რადიატორებზე. აფრების გამოყენება შესაძლებელია მხოლოდ იქ, სადაც ტემპერატურა ინახება მის მატერიალურ საზღვრებში. ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას მზესთან საკმაოდ ახლოს, დაახლოებით 0,25 AU, თუ გემი ყურადღებით არის შექმნილი ამ პირობებისთვის.
კონფიგურაცია
ერიკ დრექსლერმა სპეციალური მასალისგან დაამზადა მზის იალქნის პროტოტიპი. ეს არის ჩარჩო, რომელსაც აქვს თხელი ალუმინის ფირის პანელი 30-დან 100 ნანომეტრამდე სისქით. იალქანი ბრუნავს და მუდმივად უნდა იყოს ზეწოლის ქვეშ. ამ ტიპის სტრუქტურას აქვს მაღალი ფართობი ერთეულ მასაზე და ამიტომაჩქარება "ორმოცდაათჯერ უფრო სწრაფი", ვიდრე დასაყენებელი პლასტმასის ფილმებზე დაფუძნებული აჩქარება. ეს არის კვადრატული იალქანი ანძებით და ორმაგი ხაზებით აფრების ბნელ მხარეს. ოთხი გადამკვეთი ანძა და ერთი ცენტრის პერპენდიკულარული მავთულის დასაჭერად.
ელექტრონული დიზაინი
პეკა იანჰუნენმა გამოიგონა ელექტრო აფრები. მექანიკურად, მას მცირე საერთო აქვს ტრადიციულ განათების დიზაინთან. იალქნები იცვლება გემის გარშემო რადიალურად განლაგებული გასწორებული გამტარი კაბელებით (მავთულები). ისინი ქმნიან ელექტრულ ველს. ის რამდენიმე ათეული მეტრით ვრცელდება მიმდებარე მზის ქარის პლაზმაში. მზის ელექტრონები აისახება ელექტრული ველით (როგორც ფოტონები ტრადიციულ მზის იალქანზე). გემის მართვა შესაძლებელია სადენების ელექტრული მუხტის რეგულირებით. ელექტრო იალქანს აქვს 50-100 გასწორებული მავთული, დაახლოებით 20 კმ სიგრძით.
რისგან არის დამზადებული?
დრექსლერის მზის იალქნისთვის შემუშავებული მასალა არის თხელი ალუმინის ფილმი 0,1 მიკრომეტრის სისქით. როგორც მოსალოდნელი იყო, მან აჩვენა საკმარისი ძალა და საიმედოობა კოსმოსში გამოსაყენებლად, მაგრამ არა დასაკეცი, გაშვებისა და განლაგებისთვის.
თანამედროვე დიზაინში ყველაზე გავრცელებული მასალაა ალუმინის ფირი "კაპტონი" 2 მიკრონი ზომის. ის უძლებს მაღალ ტემპერატურას მზესთან ახლოს და საკმარისად ძლიერია.
იყო რამდენიმე თეორიულისპეკულაცია მოლეკულური წარმოების ტექნიკის გამოყენების შესახებ მოწინავე, ძლიერი, ულტრა მსუბუქი აფრების შესაქმნელად, რომელიც დაფუძნებულია ნანომილის ქსოვილის ბადეებზე, სადაც ნაქსოვი "ნაპრალები" სინათლის ტალღის სიგრძის ნახევარზე ნაკლებია. ასეთი მასალა მხოლოდ ლაბორატორიაში შეიქმნა და სამრეწველო მასშტაბით წარმოების საშუალებები ჯერ არ არის ხელმისაწვდომი.
მსუბუქი იალქანი უხსნის დიდ პერსპექტივებს ვარსკვლავთშორისი მოგზაურობისთვის. რა თქმა უნდა, ჯერ კიდევ ბევრი კითხვა და პრობლემაა, რომელთა წინაშეც დაგჭირდებათ, სანამ სამყაროში მოგზაურობა ასეთი კოსმოსური ხომალდის დიზაინით გახდება ჩვეულებრივი რამ კაცობრიობისთვის.
