Napvitorlás
A napvitorla (vagy fényvitorla vagy fotonvitorla) az űrhajók meghajtására javasolt módszer, amely a napfény által kifejtett sugárzási nyomást használja. A "vitorla" szó a hajókkal analógia, amelyek vitorlával a szelet használják a mozgáshoz. A koncepciót először Johannes Kepler javasolta a 17. században. Elmélete szerint a vitorlákat az "égi szellőkhöz" lehet igazítani.
1865-ben James Clerk Maxwell közzétette az elektromágneses mezőkről és sugárzásról szóló elméletét. Kimutatta, hogy a fény (az elektromágneses sugárzás egyik formája) nyomást gyakorolhat egy tárgyra. Ezt a nyomást sugárzási nyomásnak nevezik. Ez megalapozta a napvitorla mögötti tudományt. A napsugárzás nyomást gyakorol a vitorlára a visszaverődés és az elnyelődés kis hányada miatt.
A napnyomás az űrhajókra hat, az űrben vagy egy bolygó körüli pályán. Egy tipikus, Marsra tartó űrhajó például több ezer kilométert mozdul el a napnyomás hatására. A hatásokat a tervezés során előre jelzik. Ezt már az 1960-as évek korai bolygóközi űrhajóinak idején is megtették. A napnyomás az űrhajó tájolását is befolyásolja, ezt a tényezőt az űrhajók tervezésénél is figyelembe veszik.
A napvitorla koncepcióját később a tudományos-fantasztikus irodalomban, például Jules Verne műveiben is felhasználták.
Hogyan nézhet ki egy napvitorla (egy kis űrhajóval).
Egy 20x20m-es tesztvitorla
Az elmélet
A napvitorla lényege, hogy a Nap sugárzási nyomását használja fel egy űrhajó mozgatására, valószínűleg nagy tükrök (nagy fényvisszaverő felületek) segítségével. A módszer hátránya, hogy a létrehozott tolóerő nagyon kicsi. Előnye, hogy nincs szükség hajtóanyagra (amíg van fény). Ennek eredményeképpen a jövőbeli űrhajók egyik lehetséges opciójának tekintik. Eddig csak kis tesztváltozatokat használtak kísérleti céllal.
A 800x800 méteres napvitorlára ható teljes erő például a Föld Naptól való távolsága mellett körülbelül 5 newton (1,1 font), ami a Naphoz hasonlóan alacsony tolóerővel rendelkező meghajtási rendszerré teszi, hasonlóan az elektromos hajtóművekkel hajtott űrhajókhoz. Mivel nem használ hajtóanyagot, az erő szinte folyamatosan érvényesül. A kollektív hatás az idő múlásával elég nagy ahhoz, hogy űrhajók meghajtásának egyik módjának tekintsük.
Történelem
A koncepció első alkalmazására vonatkozó terveket Bruce Murray és Louis Friedman, a NASA Pasadenában, Kaliforniában található Jet Propulsion Laboratory két kutatója készítette az 1970-es években.
2010. május 21-én a Japán Űrkutatási Ügynökség (JAXA) sikeresen elindította a napvitorlát, az IKAROS-t (Interplanetary Kite-Craft Accelerated by Radiation Of The Sun). A napvitorlát a Föld és a Vénusz közötti űrben használta. Ez volt a napvitorla első sikeres használata.
2010-ben a NASA elindította a NANOSEL-D2 napvitorlás űrhajót. Ez volt a NASA napvitorlás űrhajójának első sikere.
2019. július 2-án az egyesült államokbeli Planet Society elindította a LightSail 2 műholdat, amelyet napvitorla-technológiával terveztek. A könnyűszerkezetes műholdat a SpaceX Falcon Heavy rakétájával indították a floridai Kennedy Űrközpontból. Ez egy alacsony költségvetésű küldetés volt, amelyet 50 000 tag adományaiból finanszíroztak. A teljes költségvetés kevesebb mint 7 millió USD volt. A LightSail 2 2019 július végén nyitotta ki napvitorláját. Ez körülbelül 3 percet vett igénybe.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a napvitorla?
V: A napvitorla (vagy fényvitorla vagy fotonvitorla) az űrhajók meghajtásának javasolt módszere, amely a napfény által kifejtett sugárzási nyomást használja.
K: Ki javasolta először a napvitorla koncepcióját?
V: A koncepciót először Johannes Kepler javasolta a 17. században.
K: Mit publikált James Clerk Maxwell, ami megalapozta a napvitorla mögötti tudományt?
V: James Clerk Maxwell publikálta az elektromágneses mezőkről és sugárzásról szóló elméletét, amely kimutatta, hogy a fény (az elektromágneses sugárzás egyik formája) nyomást gyakorolhat egy tárgyra, amit sugárzási nyomásnak nevezünk.
K: Hogyan hat a napnyomás az űrhajókra?
V: A napnyomás hat az űrhajókra az űrben vagy egy bolygó körüli pályán, több ezer kilométerrel eltolva azokat, és befolyásolva tájolásukat.
K: Mikor vették először figyelembe ezt a hatást a bolygóközi küldetések tervezésekor?
V: Ezt már a korai, 1960-as évekbeli bolygóközi űrhajók óta figyelembe veszik.
K: Milyen más összefüggésekben használták még a napvitorla fogalmát?
V: A napvitorla fogalmát a tudományos-fantasztikus irodalomban is használták, például Jules Verne műveiben.
