Bagaimana Anda merancang layar yang dapat mengangkut pesawat ruang angkasa ke tata surya lain?
Agensi NASA Pelayaran 1 Dan Pelayaran 2 Kedua probe, diluncurkan pada 1970-an, masih merupakan satu-satunya objek buatan manusia yang meninggalkan tata surya kita. Sementara pasangan ini telah melampaui harapan dan masih beroperasi, para peneliti terus merancang misi baru yang dapat mengeksplorasi di luar lingkungan bintang kita. Salah satu teknik yang dikenal sebagai layar ringansebuah layar yang didorong oleh cahaya daripada angin, tampaknya menjadi sarana yang menjanjikan untuk mencapai tujuan yang ambisius tersebut.
Dalam dua studi baru, para peneliti telah menemukan cara terbaik untuk merancang layar ringan untuk perjalanan antarbintang. Mereka menemukan bahwa layar seperti itu harus mengalir dan memiliki pola seperti jaring dan mereka sampai pada beberapa kesimpulan tentang bahan terbaik untuk digunakan juga.
Studi ini dilakukan sebagai bagian dari Breakthrough Starshot Initiative, sebuah proyek penelitian dan rekayasa yang bertujuan mengembangkan desain baru untuk kendaraan bertenaga layar ringan yang mampu melakukan perjalanan ke Alpha Centauritetangga terdekat kita di tata surya.
Terkait: Layar surya di luar angkasa: Lihat pemandangan indah dari LightSail 2
Breakthrough Starshot adalah proyek dengan Breakthrough Initiatives, “sekelompok program sains luar angkasa yang menyelidiki pertanyaan mendasar tentang kehidupan di alam semesta,” menurut Breakthrough Starshot. situs web.
Breakthrough Starshot bertujuan untuk mengembangkan layar ringan yang membawa probe seukuran wafer kecil dengan kecepatan 20% kecepatan cahaya. Kecepatan tinggi ini akan melihat probe mencapai Alpha Centauri dalam waktu sekitar 20 tahun, Menurut pernyataan.
Sebagai referensi, Alpha Centauri terletak sekitar 4 tahun cahaya dari Bumi, dan beberapa ahli Diperkirakan dibutuhkan setidaknya 6.300 tahun untuk mencapai sistem dengan teknologi saat ini.
Apa itu layar ringan?
Layar ringan bukanlah fiksi ilmiah, juga bukan ide baru. Layar ringan, juga dikenal sebagai layar surya, dapat mendorong pesawat ruang angkasa tanpa menggunakan bahan bakar roket. Layar cahaya bekerja ketika partikel cahaya, yang dikenal sebagai foton, bertabrakan dengan layar yang memantulkan, mentransfer momentumnya ke pelat.
Seiring waktu, miliaran dan miliaran foton akan menabrak layar, memberikan momentum yang cukup untuk “mendorong” pesawat ke depan.
Pada tahun 2019, Planetary Society, sebuah organisasi pendidikan dan penjangkauan luar angkasa nirlaba yang berbasis di AS, meluncurkan pesawat ruang angkasa bertenaga glider crowdfunded yang disebut LightSail 2 ke orbit Bumi. Pesawat ruang angkasa kubus adalah ukuran sepotong roti, tetapi layar surya membentang 433 kaki persegi (32 meter persegi).
Layar ringan kendaraan terdiri dari empat bagian segitiga yang terbuat dari aluminium mylar. Saat pesawat mencapai ruang angkasa dengan roket SpaceX Falcon Heavy, ia bermanuver ke orbit menggunakan dorong yang dihasilkan sinar matahari.
Badan antariksa Jepang JAXA juga telah meluncurkan pesawat luar angkasa yang bergerak dengan bantuan layar surya yang disebut Icarus.
Namun, Starshot berbeda dari LightSail 2. Sementara LightSail 2 hanya mengandalkan foton dari Matahari, Starshot akan membutuhkan cahaya yang lebih intens untuk mencapai kecepatan ekstrem yang diharapkan dapat dicapai oleh para pemimpin proyek. Untuk melakukan ini, proyek ini bertujuan untuk menggunakan laser berbasis darat untuk memfokuskan cahaya intens langsung pada layar cahaya probe Starshot potensial, mengirim mereka dengan cepat dalam perjalanan mereka setelah mencapai orbit.
Formasi layar surya yang sempurna
Dalam pasangan studi baru ini, para peneliti telah menyelidiki bentuk dan gaya layar ringan yang paling efektif.
Makalah pertama, dipimpin oleh Igor Bargatin, seorang peneliti di Departemen Teknik Mesin dan Mekanika Terapan di University of Pennsylvania, mengusulkan bahan dan bentuk terbaik untuk layar ringan antarbintang.
Pertama, penelitian menunjukkan bahwa layar ringan Starshot harus terbuat dari lembaran ultra-tipis dari senyawa kimia aluminium oksida dan logam transisi perak molibdenum disulfida.
Tim juga merekomendasikan bahwa untuk menghindari pecah, layar ringan harus memiliki kurva yang signifikan dan “mengalir seperti parasut daripada berbaring datar,” menurut pernyataan itu.
“Intuisi di sini adalah bahwa layar yang sangat sempit, baik di perahu layar atau di luar angkasa, lebih rentan menangis,” kata Bargatin dalam pernyataan yang sama. “Ini adalah konsep yang relatif mudah untuk dipahami, tetapi kami perlu melakukan beberapa perhitungan yang sangat kompleks untuk menunjukkan bagaimana bahan-bahan ini berperilaku pada skala ini.”
Terutama dengan kecepatan tinggi yang diinginkan tim Starshot, layar akan menahan tekanan yang signifikan saat didorong hingga batasnya. Para peneliti ini menyarankan bahwa bentuk yang menonjol akan membantu mencegah layar pecah di bawah tekanan ini.
“Foton laser akan mengisi layar seperti udara yang meniup bola pantai,” penulis utama Matthew Campbell, peneliti postdoctoral di kelompok Bargatine, mengatakan dalam pernyataan yang sama. “Dan kita tahu bahwa wadah yang ringan dan kompak harus berbentuk bulat atau silindris untuk menghindari robekan dan retakan. Pikirkan tangki propana atau bahkan tangki bahan bakar pada roket.”
pola penting
Makalah kedua mengeksplorasi bagaimana pola di dalam layar dapat lebih efektif mendistribusikan panas dari cahaya dari sinar laser di tanah.
“Jika layar menyerap bahkan sebagian kecil dari sinar laser yang datang, mereka akan memanas hingga suhu yang sangat tinggi,” kata penulis utama Aaswath Raman, seorang peneliti di Departemen Ilmu dan Teknik Material UCLA. Dia mengatakan dalam pernyataan yang sama. “Untuk memastikan itu tidak hanya hancur, kita perlu meningkatkan kemampuannya untuk memancarkan panasnya, yang merupakan satu-satunya cara perpindahan panas yang tersedia di luar angkasa.”
Sebelumnya, para peneliti menyarankan bahwa “kain” layar yang ringan dapat ditutupi lubang kecil dengan jarak yang sama untuk mengatasi kecemasan panik ini. Namun, para peneliti ini menyarankan bahwa layar dapat memiliki perforasi selain kain layar yang dikelompokkan bersama dalam pola kisi untuk memaksimalkan distribusi panas.
“Beberapa tahun yang lalu, berpikir atau melakukan pekerjaan teoretis pada jenis konsep ini dianggap agak berlebihan,” kata rekan penulis Deep Jariwala, seorang peneliti yang bekerja dengan Bargattin di University of Pennsylvania, dalam pernyataan yang sama. “Sekarang, kami tidak hanya memiliki desain, tetapi desain didasarkan pada bahan nyata yang tersedia di laboratorium kami. Rencana kami untuk masa depan adalah membuat struktur seperti itu dalam skala kecil dan mengujinya dengan laser bertenaga tinggi.”
Kertas-kertas ini adalah diterbitkan 16 Februari di Nano Letters.
Email Chelsea Gohd di [email protected] atau ikuti dia di Twitter penyematan tweet. Ikuti kami di Twitter penyematan tweet Dan di Facebook.
More Stories
Roket Falcon 9 SpaceX berhenti sebelum diluncurkan, miliarder dalam misi khusus
Bagaimana lubang hitam bisa menjadi begitu besar dan cepat? Jawabannya terletak pada kegelapan
Seorang mahasiswa Universitas North Carolina akan menjadi wanita termuda yang melintasi batas luar angkasa dengan kapal Blue Origin