Aby bylo možné dosáhnout nových a jinými způsoby těžko dosažitelných lokalit pro pozorování Slunce, se NASA pustila pro projektu sluneční plachetnice Solar Cruiser s plochou 1653 metrů čtverečních, která má na svou demonstrační misi vyrazit v roce 2025. Projekt má využít dosavadní zkušenosti, pokrok v mnoha oborech a umožnit nové přelomové vědecké objevy. Solar Cruiser je označována jako pathfinder mission, tedy projekt, který má vyšlapávat cestu. Jeho vývoj financuje Solar Terrestrial Probes Program, který spadá pod Heliofyzikální oddělení NASA. Na této sluneční plachetnici se má sejít několik nových technologií, které byly původně vyvinuty různými organizacemi. Zde dojde k jejich spojení, aby bylo možné prokázat mimořádné schopnosti pohonu sondy slunečním světlem.

Technologie testované na projektu Solar Cruiser pomohou uskutečnit budoucí mise, které se zaměří na důležité otázky související se Sluncem, jeho interakcí se Zemí, ale i další prvky heliosféry. Solar Cruiser má prokázat, jak solární plachtění může sondě umožnit provádět pozorování z nových míst, která jsou těžko dosažitelná i udržitelná. Konkrétně se má Solar Cruiser vydat do libračního centra L1 soustavy Slunce – Země, který leží na spojnici obou těles ve směru od Země ke Slunci. Solar Cruiser také prověří technologie, které by měly pomoci budoucím misím zlepšit monitoring kosmického počasí a jeho předvídání.

Zkoušky plachty pro Solar Cruiser v měřítku 1:16.
Zdroj: https://science.nasa.gov/

Sluneční plachetnice využívají velké, velmi lesklé plachty z lehkého materiálu, který odráží paprsky a tím pohání sondu. Neustálý tlak fotonů ze slunečních paprsků poskytuje tah bez nutnosti těžkých pohonných látek, jejichž množství je omezené. Právě na pohonné látky sází konvenční pohony – ať už chemické nebo elektrické a jejich množství často omezuje délku mise a pozorovací oblasti. Solar Cruiser má prověřit schopnost slunečních plachetnic pozorovat sluneční prostředí z unikátních lokalit, které heliofyziky hodně zajímají. Vyzkouší se třeba udržování pozice ve směru ke Slunci od libračního centra L1.

Sledování Slunce z této pozice zajímá nejen vědce z NASA, ale i odborníky, kteří v NASA zodpovídají za pilotované mise, jejichž úkolem je zajistit posádce bezpečné a zdravé podmínky. Zájem projevuje i agentura NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), která je americkou institucí číslo 1 z hlediska varování a předpovědí souvisejících s kosmickým počasím. Pozadu se zájmem nezůstává ani Ministerstvo obrany, které sleduje kosmické počasí kvůli interferencím s komunikací či přímo s družicemi. Solar Cruiser má také prokázat schopnost provádět trvalé lokální měření magnetického ohonu Země a také schopnost dosáhnout a udržet dráhu kolem Slunce s velkým sklonem. Právě to jsou schopnosti, které budou vyžadovat budoucí mise, které mají snímat sluneční póly.

Zkoušky plachty pro Solar Cruiser v měřítku 1:16.
Zdroj: https://science.nasa.gov/

Tým, v jehož čele stojí experti z Marshallova střediska, vyvíjí misi Solar Cruiser za účelem doladění technologie slunečních plachetnic pro budoucí mise, které půjdou realizovat v časovém horizontu 5 – 15 let. Tým (jehož součástí jsou i firmy Ball Aerospace, Roccor, LLC, či NeXolve) využívá zkušenosti a poznatky, ale i pokroky v oboru slunečního plachtění, ke kterým došlo v posledním desetiletí včetně misí menších slunečních plachetnic, ať už šlo o NanoSail-D (vedená Marshallovým střediskem), IKAROS (Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun) japonské agentury JAXA, LightSail od Planetary Society. Týká se to i na letošek chystaného startu družice Near-Earth Asteroid (NEA) Scout, která vznikla pod vedením Advanced Exploration Systems Division na NASA Human Exploration and Operations Mission Directorate.

Solar Cruiser budou tvořit čtyři velké kvadranty a sondu čeká desetiměsíční mise, při které má demonstrovat mnoho různých technologií, které jsou nezbytné pro budoucí mise do míst jinak nedostupných. Není potřeba chodit kolem horké kaše. Solar Cruiser bude disponovat největší dosud vypuštěnou plachtou o výše zmíněné ploše 1653 metrů čtverečních s tloušťkou jen 2,5 mikrometru, což je méně než lidský vlas. Do plachty budou zabudovány tenké fotovoltaické filmy, které mají prověřit nové možnosti generování elektrické energie a k udržení stabilní plachty se použijí zabudovaná zařízení pro řízení odrazivosti RCD (Reflective Control Devices).

Solar Cruiser vyzkouší třeba pobyt v pozici blíže ke Slunci od libračního centra L1.
Zdroj: https://science.nasa.gov/

Samotná membrána plachty je vyrobena s pomocí tenkého polyimidového filmu (CP-1 clear polymer 1) pokrytého hliníkem, který zajistí odrazivost. Membrána plachty CP-1 byla vyvinuta agenturou NASA a je na dvě dekády licencována firmou NeXolve. Úspěšně už fungovala na výše zmíněné plachetnici NanoSail-D. Materiál CP-1 byl zvolen díky tomu, že s ním mají experti dlouhodobé zkušenosti z provozu v kosmickém prostoru, jeho parametry odpovídají požadavkům mise Solar Cruiser i budoucích misí a navíc je dobře dostupný. Kromě toho je i snadno škálovatelný pro vytvoření libovolně velké plachty. Od 10 metrů čtverečních u Nanosail-D až třeba k 10 000 metrům čtverečních.

Na předešlých misích byla sluneční plachta rozkládána a napínána pomocí kovových ramen TRAC (Triangular, Rollable and Compressible). Tento design pochází od amerického letectva a je licencován firmou Roccor, LLC. Chystaná (výše zmíněná) mise NEA Scout také použije tato kovová ramena. Tyto velmi dlouhé konstrukce mají trojúhelníkový průřez, který se dá zploštit, takže je možné jej ve složeném stavu stočit na cívku. Kovová ramena TRAC se však pro kategorii plachetnic, kam patří Solar Cruiser, příliš nehodí. Důvodem je jejich hmotnost a tepelná roztažnost. Místo toho firma Roccor, LLC vyvinula ramena z kompozitních materiálů, čemuž pomohl program NASA pojmenovaný SBIR (Small Business Innovation Research).

Testovací kompozitní ramena měla při zkoušce vyklopení z prototypu oproti originálu čtvrtinovou velikost.
Zdroj: https://science.nasa.gov/

Solar Cruiser má využít zařízení AMT (Active Mass Translation), které vyvinulo Marshallovo středisko pro misi NEA Scout. Jeho úkolem bude aktivně přemístit střed slunečního tlaku vůči těžišti sestavy, aby byla plachetnice stabilní. Díky tomu bude možné zajistit zatáčení a jemnější navigaci. Kromě toho zde budou ještě výše zmíněné prvky RCD tvořené tenkým filmem, který při průchodu napětí mohou přecházet mezi lesklým a záření pohlcujícím stavem. I tento systém zajistí plachetnici stabilitu během letu. Koncept systému RCD byl původně vyvinut na Space Technology Mission Directorate (STMD), konkrétně pak v rámci grantu Early Career Faculty. Společnost NeXolve pak dostala za úkol zdokonalit technologii pro použití na Solar Cruiseru.

Projekt Solar Cruiser má také prověřit zmíněný tenký film fotovoltaických článků zabudovaný do plachty, který má generovat elektrickou energii. Poprvé byl tento systém vyvinut na Marshallově středisku a později byl zpřesněn v rámci programu Early Career Initiative. Tehdy šlo o projekt LISA-T (Lightweight Integrated Solar Array and anTenna). Na Solar Cruiseru bude tato technologie prověřena, aby se mohla použít na budoucích misích. Pokud se nic nepokazí, měla by tato mise odstartovat v roce 2025. Jakmile úspěšně vyzkouší tyto technologie, bude mít budoucí vědecké mise k dispozici pohon ve formě velkých a vysoce výkonných solárních plachet, které NASA a všem zapojeným institucím poskytnou nové možnosti.

Přeloženo z:
https://science.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/…/thumbnails/image/solar_cruiser_image_rough.jpg?itok=9afO6iBw
https://science.nasa.gov/science-pink/s3fs-public/thumbnails/image/solar-sail-1.png
https://science.nasa.gov/science-pink/s3fs-public/thumbnails/image/solar-sail-2.jpg
https://science.nasa.gov/science-pink/s3fs-public/thumbnails/image/solar-sail-3.png