Την άνοιξη εκτοξεύεται το Cosmos 1, το πρώτο πειραματικό ιστιοφόρο διαστημόπλοιο

Άρθρο, Ιανουάριος 2004

Το πρώτο διαστημικό σκάφος με ηλιακά ιστία Cosmos 1, θα εκτοξευτεί την άνοιξη του 2005 από ένα ρωσικό πυρηνικό υποβρύχιο στη θάλασσα Barents, που βρίσκεται στη Σιβηρία. Το Cosmos 1 - ένα πρόγραμμα της Πλανητικής Κοινωνίας (Planetary Society) - κατασκευάζεται τώρα και υποβάλλεται σε τελικό έλεγχο.

Η αποστολή Cosmos 1 έχει σαν στόχο να εκτελέσει την πρώτη ελεγχόμενη πτήση με ηλιακά ιστία, δηλαδή το διαστημικό σκάφος θα ωθείται από τα φωτόνια του φωτός του ήλιου. Η περίοδος εκτόξευσης αρχίζει από την 1η Μαρτίου έως την 7η Απριλίου του 2005. Η ακριβής ημερομηνία αναχώρησης θα καθοριστεί από το ρωσικό ναυτικό, το οποίο κατευθύνει την εκτόξευση με τον πύραυλο Volna - έναν διηπειρωτικό βαλλιστικό πύραυλο.

Μόλις μπει το Cosmos 1 σε τροχιά, το ηλιακό πανί θα είναι ορατό με γυμνό μάτι σε ένα μεγάλο μέρος του κόσμου, τα αργυροειδή πανιά του θα λάμπουν ως μια φωτεινή κουκίδα μέσα στο νυχτερινό ουρανό.

"Η επιχείρηση αυτή είναι τολμηρή και επικίνδυνη", σημειώνει ο Bruce Murray, συνιδρυτής της Πλανητικής Κοινωνία μαζί με τον Carl Sagan και τον Louis Friedman, εκτελεστικό διευθυντή της Πλανητικής Κοινωνίας. "Βοηθάει στη διαστημική εξερεύνηση και στην επιθυμία των ανθρώπων να συμμετέχουν στην περιπέτεια των μεγάλων προγραμμάτων."

Οι Sagan, Murray και Friedman ίδρυσαν την Πλανητική Κοινωνία το 1980 για να προωθήσουν την εξερεύνηση άλλων κόσμων και για να επιδιώξουν την ανακάλυψη εξωγήινης ζωής. Και τώρα προωθούν αυτό το διαστημικό σκάφος για να δοκιμάσουν καινοτόμες ιδέες στην τεχνολογία των πτήσεων, ώστε να εκπληρώσουν την τολμηρή αποστολή που πρόβλεψαν για την οργάνωση τους. Ο Sagan παρέμεινε Πρόεδρος της Πλανητικής Κοινωνίας μέχρι το θάνατό του το Δεκέμβριο του 1996.

Το Cosmos 1 θα εκτοξευτεί με τη βοήθεια του πυραύλου Volna, από ένα πυρηνικό υποβρύχιο ειδικό στην εκτόξευση βαλλιστικών πυραύλων, κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας Barents. Ένα δε δίκτυο ρωσικών, αμερικανικών και τσεχικών επίγειων σταθμών θα παρακολουθεί και θα παίρνει στοιχεία από το διαστημικό σκάφος.

Η μορφή αυτή της διεθνούς συνεργασίας είναι μία από τις νέες πτυχές αυτής της αποστολής. Είναι η πρώτη διαστημική αποστολή που διευθύνεται από μια δημοφιλή διαστημική οργάνωση, η πρώτη που υποστηρίζεται από μία εταιρεία και η πρώτη που θα δοκιμάσει να πετάξει με τη βοήθεια μόνο της πίεσης του φωτός του ήλιου. Η ναυσιπλοΐα με την πίεση του φωτός είναι η μόνη γνωστή τεχνολογία με την οποία μπορούμε να πραγματοποιήσουμε πρακτικά διαστρική πτήση.

Carl Sagan, 1934-1996

Η Ann Druyan, διευθυντής προγράμματος του Cosmos 1 και  χήρα του Carl Sagan δήλωσε: "Έχουμε μετατρέψει ένα στρατιωτικό πυραυλικό σύστημα μαζικής καταστροφής σε μέσον για να κινήσουμε το ιστίο προς τα αστέρια".

Η επιχείρηση της Druyan, Cosmos Studios, χρηματοδότησε το μεγαλύτερο τμήμα αυτού του προγράμματος.

Τα τελευταία χρόνια είχαν προταθεί διάφορα διαστημικά σκάφη με ηλιακά ιστία αλλά κανένα εκτός από το Cosmos 1 δεν έχει φτιαχτεί ακόμα. Η NASA, και οι ευρωπαϊκές, ιαπωνικές και ρωσικές διαστημικές αντιπροσωπείες έχουν όλες αναπτύξει ερευνητικά και αναπτυξιακά προγράμματα ηλιακών ιστίων. Αλλά ακόμα είναι στη φάση των δοκιμών.

Η Πλανητική Κοινωνία, χωρίς κυβερνητικά κεφάλαια, αλλά με την υποστήριξη του Cosmos Studios και των μελών της Κοινωνίας, συμμετέχει σε μια διεθνή ομάδα διαστημικών επαγγελματιών για να βοηθήσει σε αυτήν την πρώτη πτήση με ηλιακά ιστία. Το διαστημικό ερευνητικό ίδρυμα (IKI) στη Μόσχα βοήθησε στη δημιουργία των ηλεκτρονικών και του λογισμικού του ελέγχου της αποστολής, ενώ η NPO Lavochkin, μια από τις μεγαλύτερες αεροδιαστημικές επιχειρήσεις της Ρωσίας, κατασκεύασε το διαστημικό σκάφος. Οι αμερικανικοί σύμβουλοι από την άλλη έχουν δώσει τη βοήθειας τους σε άλλα σημεία της αποστολής, πχ στην κατασκευή μιας φωτογραφικής μηχανής που φτιάχτηκε από την εταιρεία Malin Space Science Systems.

Ηλιακά ιστία

Η ηλιακή ναυσιπλοΐα γίνεται όχι με τη βοήθεια του ανέμου αλλά με την πίεση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας - η ώθησή της στα γιγαντιαία πανιά μπορεί συνεχώς να αλλάζει την τροχιακή ενέργεια και την ταχύτητα του διαστημικού σκάφους. Τα φωτόνια της ακτινοβολίας θα δράσουν σαν σωματίδια που πέφτοντας πάνω στο ιστίο θα ανακλαστούν, ώστε να προσδώσουν μια μικρή μεν αλλά συνεχόμενη επιτάχυνση στο σκάφος.

Και το ηλιακό ιστίο αποτελείται ακριβώς από μια τέτοια αντανακλαστική επιφάνεια. Όταν τα ιστία αντικρίζουν κατευθείαν τον ήλιο, θα ανακλούν τα φωτόνια και θα ωθούν το διαστημικό σκάφος προς τα εμπρός, αντίθετα από τον ήλιο. Αλλάζοντας τη γωνία μεταξύ της δέσμης των ακτίνων και του ιστίου είναι δυνατόν να στραφεί το σκάφος - ακριβώς όπως γίνεται και με ένα ιστιοφόρο. Είναι ακόμα δυνατό να κατευθυνθεί το διαστημικό σκάφος προς τον ήλιο, με τη βοήθεια της πίεσης των φωτονίων στα πανιά ώστε να μειωθεί η ταχύτητα του διαστημικού σκάφους και η τροχιά του να πλησιάσει τον ήλιο.

Για να δώσει ικανοποιητική πίεση το φως του ήλιου και να ωθηθεί το διαστημικό σκάφος προς τα εμπρός, το ηλιακό πανί πρέπει να συλλάβει όσο το δυνατόν περισσότερο φως του ήλιου. Αυτό σημαίνει ότι η επιφάνεια του πανιού πρέπει να είναι μεγάλη - πολύ μεγάλη. Το Cosmos 1 έχει ένα μικρό ηλιακό πανί προοριζόμενο μόνο για μια σύντομη αποστολή. Εντούτοις, μόλις ανοίξει τα πανιά του ακόμη και αυτό το μικρό διαστημικό σκάφος θα έχει ύψος σαν τον πύραυλο που θα το προωθήσει. Οκτώ τριγωνικά πτερύγια από το καθένα έχει μήκος 15 μέτρα  με μία συνολική επιφάνεια 600 τετραγωνικών μέτρων. Έχει δηλαδή, περίπου, ενάμισι φορές το μέγεθος ενός γηπέδου μπάσκετ.

Για μια αληθινή αποστολή εξερεύνησης οι απαιτήσεις είναι πολύ μεγαλύτερες: όταν μια ομάδα της NASA στη δεκαετία του '70, που διευθυνόταν από το Louis Friedman, πρότεινε ένα διαστημικό σκάφος ηλιακών ιστίων για ένα ραντεβού με τον κομήτη Halley, σχεδίαζε ένα πανί με έκταση 600.000 τετραγωνικών μέτρων. 

Ακόμη και με μια τέτοια γιγαντιαία επιφάνεια, ένα διαστημικό σκάφος ηλιακών ιστίων θα επιταχύνει πολύ αργά αν συγκριθεί με έναν συμβατικό πύραυλο. Υπό τους βέλτιστους όρους, ένα ηλιακό ιστίο σε μια διαπλανητική αποστολή θα αύξανε την ταχύτητα του μόνο 1 χιλιοστό ανά δευτερόλεπτο  για κάθε δευτερόλεπτο πτήσης. Η αποστολή του Mars Exploration  Rovers, για σύγκριση, επιταχυνόταν τουλάχιστον με 59 m/sec² κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης τους από συμβατικούς πυραύλους Δέλτα ΙΙ. Αυτή η επιτάχυνση είναι 59.000 φορές μεγαλύτερη από αυτή ενός ηλιακού ιστίου.

Αλλά το ασύγκριτο πλεονέκτημα ενός ηλιακού ιστίου είναι ότι επιταχύνει ΣΥΝΕΧΩΣ. Ένας πύραυλος ανάβει μόνο για λίγα λεπτά, πριν απελευθερώνει το ωφέλιμο φορτίο του και το αφήσει να ταξιδέψει με μια σταθερή ταχύτητα στο υπόλοιπο της αποστολής του. Ένα ηλιακό ιστίο, αντίθετα, κρατά σταθερή την επιτάχυνση του, και μπορεί τελικά να φθάσει σε ταχύτητες πολύ μεγαλύτερες από αυτές που αναπτύσσει ένα διαστημόπλοιο που προωθείται με τη βοήθεια ενός πυραύλου. Με ένα ρυθμό επιτάχυνσης 1 mm/sec² (20 φορές μεγαλύτερη από την αναμενόμενη επιτάχυνση του Cosmos 1), ένα ηλιακό ιστίο θα αποκτούσε μια ταχύτητα, περίπου, 310 χιλιόμετρα ανά ώρα μετά από μια ημέρα, κινούμενο κατά 7500 χιλιόμετρα. Μετά από 12 ημέρες θα έχει αυξήσει την ταχύτητά του σε 3700 χιλιόμετρα ανά ώρα.

Ενώ αυτές οι ταχύτητες και αποστάσεις είναι σημαντικές για τα διαπλανητικά ταξίδια, είναι ασήμαντες όταν συγκρίνονται με τις απαιτήσεις ενός ταξιδιού για τα αστέρια. Λαμβάνοντας υπόψη το χρόνο, εντούτοις, με τη μικρή αλλά σταθερή επιτάχυνση, ένα διαστημικό σκάφος με ηλιακά πανιά μπορεί να φθάσει σε οποιαδήποτε επιθυμητή ταχύτητα.

Μερικοί επιστήμονες έχει προτείνει ισχυρές ακτίνες λέιζερ τοποθετημένες στο διαστημικό σκάφος για να ωθήσει προς τα εμπρός ένα σκάφος. Ο λόγος είναι ότι όταν απομακρυνθούμε από τον ήλιο μειώνεται η ένταση του φωτός. Αν και μια τέτοια στρατηγική δεν μπορεί να είναι εφαρμόσιμη με την τρέχουσα τεχνολογία και τους πόρους που έχουμε, η ηλιακή ναυσιπλοΐα είναι εντούτοις η μόνη γνωστή τεχνολογία που θα μπορούσε κάποια μέρα να χρησιμοποιηθεί για τα διαστρικά ταξίδια.

Άπαξ και τεθεί σε γήινη τροχιά, το ιστίο θα ανοίξει με τη βοήθεια σωλήνων που διογκώνονται, κάνοντας και τη δομή αυτή άκαμπτη. Το πανί έχει έκταση 600 τετραγωνικών μέτρων και θα σχηματίσει οκτώ πτερύγια, σαν ένας γιγαντιαίος ανεμόμυλος. Τα πτερύγια μπορούν να στραφούν όπως γίνεται με τα πτερύγια των ελικοπτέρων, ώστε να μπορούν να ανακλάσουν το φως του ήλιου σε διαφορετικές κατευθύνσεις, ενώ και το πανί μπορεί να 'στερεώνει' καθώς η τροχιακή ταχύτητα θα αυξάνεται. Κάθε πτερύγιο έχει μήκος 15 μέτρα και κατασκευάστηκε από ένα λεπτό φύλο του υλικού mylar καλυμμένου με αλουμίνιο και πάχους 5 μικρών - περίπου το 1/4 του πάχους μιας νάιλον τσάντας απορριμμάτων.

Πηγή: planetary.org