Aurinkopurje
Aurinkopurje (tai valopurjeet tai fotonipurjeet) on ehdotettu menetelmä avaruusaluksen käyttämiseksi auringonvalon aiheuttaman säteilypaineen avulla. Sana "purje" on analoginen veneiden kanssa, jotka käyttävät purjeen avulla tuulta liikkumiseen. Käsitteen ehdotti ensimmäisen kerran 1600-luvulla Johannes Kepler. Hänellä oli teoria, jonka mukaan purjeet voitaisiin sovittaa "taivaallisiin tuulineen".
Vuonna 1865 James Clerk Maxwell julkaisi teoriansa sähkömagneettisista kentistä ja säteilystä. Hän osoitti, että valo (yksi sähkömagneettisen säteilyn muoto) voi aiheuttaa painetta kohteeseen. Tätä painetta kutsutaan säteilypaineeksi. Tämä loi perustan aurinkopurjeen taustalla olevalle tieteelle. Auringon säteily aiheuttaa purjeeseen painetta, joka johtuu heijastumisesta ja pienestä absorboituneesta osasta.
Auringon paine vaikuttaa avaruusaluksiin, jotka ovat avaruudessa tai planeetan kiertoradalla. Esimerkiksi Marsiin matkalla oleva avaruusalus siirtyy auringonpaineen vaikutuksesta tuhansia kilometrejä. Vaikutukset ennustetaan suunnittelussa. Näin on tehty 1960-luvun ensimmäisistä planeettojen välisistä avaruusaluksista lähtien. Auringonpaine vaikuttaa myös avaruusaluksen suuntautumiseen, mikä otetaan huomioon avaruusaluksen suunnittelussa.
Aurinkopurjeen käsitettä käytettiin myöhemmin tieteiskirjallisuudessa, kuten Jules Vernen teoksissa.
Miltä aurinkopurje (pienen avaruusaluksen kanssa) voisi näyttää.
20x20 metrin koepurje
Teoria
Aurinkopurjeen ideana on käyttää Auringon säteilypainetta avaruusaluksen liikuttamiseen todennäköisesti suurten peilien (suurten valoa heijastavien pintojen) avulla. Menetelmän haittapuolena on, että tuotettu työntövoima on hyvin pieni. Hyötynä on, että ajovoimaa ei tarvita (niin kauan kuin on valoa). Tämän vuoksi sitä pidetään mahdollisena vaihtoehtona tuleville avaruusaluksille. Tähän mennessä on käytetty vain pieniä testiversioita kokeiluina.
Esimerkiksi 800 x 800 metrin kokoiseen aurinkopurjeeseen kohdistuva kokonaisvoima on noin 5 newtonia Maan etäisyydellä Auringosta, mikä tekee siitä matalan työntövoiman käyttövoimajärjestelmän, joka on samanlainen kuin sähkömoottoreilla kulkevat avaruusalukset. Koska siinä ei käytetä polttoainetta, voimaa käytetään lähes jatkuvasti. Yhteisvaikutus on ajan mittaan niin suuri, että sitä voidaan pitää avaruusalusten käyttövoimana.
Historia
Konseptin ensimmäistä käyttöä suunnittelivat 1970-luvulla Bruce Murray ja Louis Friedman, kaksi tutkijaa NASAn Jet Propulsion Laboratory -laboratoriossa Pasadenassa Kaliforniassa.
Japanin avaruusjärjestö JAXA laukaisi 21. toukokuuta 2010 onnistuneesti aurinkopurjeen IKAROSin (Interplanetary Kite-Craft Accelerated by Radiation Of The Sun). Se käytti aurinkopurjetta Maan ja Venuksen välisessä avaruudessa. Tämä oli ensimmäinen aurinkopurjeen onnistunut käyttö.
Vuonna 2010 NASA laukaisi aurinkopurjealuksen NANOSEL-D2:n. Kyseessä oli NASAn aurinkopurjealuksen ensimmäinen menestys.
Yhdysvaltalainen Planet Society laukaisi 2. heinäkuuta 2019 LightSail 2 -satelliitin, joka on suunniteltu aurinkopurjetekniikan avulla. Kevytrakenteinen satelliitti laukaistiin SpaceX:n Falcon Heavy -raketilla Kennedy Space Centeristä Floridasta. Tämä oli pienen budjetin operaatio, joka rahoitettiin 50 000 jäsenen lahjoituksilla. Kokonaisbudjetti oli alle 7 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria. Heinäkuun 2019 lopulla LightSail 2 avasi aurinkopurjeensa. Se kesti noin 3 minuuttia.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on aurinkopurje?
A: Aurinkopurje (tai valopurjeet tai fotonipurjeet) on ehdotettu menetelmä avaruusalusten käyttämiseksi auringonvalon aiheuttaman säteilypaineen avulla.
K: Kuka ehdotti ensimmäisenä aurinkopurjeen käsitettä?
V: Johannes Kepler ehdotti aurinkopurjetta ensimmäisen kerran 1600-luvulla.
K: Mitä James Clerk Maxwell julkaisi, joka loi perustan aurinkopurjeen taustalla olevalle tieteelle?
V: James Clerk Maxwell julkaisi sähkömagneettisia kenttiä ja säteilyä koskevan teoriansa, jossa hän osoitti, että valo (yksi sähkömagneettisen säteilyn muoto) voi aiheuttaa kohteeseen painetta, jota kutsutaan säteilypaineeksi.
K: Miten auringonpaine vaikuttaa avaruusalukseen?
V: Auringonpaine vaikuttaa avaruusaluksiin, jotka ovat avaruudessa tai planeetan kiertoradalla, siirtäen niitä tuhansia kilometrejä ja vaikuttaen niiden suuntautumiseen.
K: Milloin tämä vaikutus otettiin ensimmäisen kerran huomioon planeettojen välisiä tehtäviä suunniteltaessa?
V: Tämä on otettu huomioon 1960-luvun ensimmäisistä planeettojen välisistä avaruusaluksista lähtien.
K: Missä muissa yhteyksissä aurinkopurjeen käsitettä on käytetty?
V: Aurinkopurjeen käsitettä on käytetty myös tieteiskirjallisuudessa, kuten Jules Vernen teoksissa.
