Chytré metamateriály by mohly pohánět solární plachetnice zítřka

TLDR verze: Solární plachetnice by mohly být skvělým kosmickým plavidlem zítřka. Nový nápad jim dodává i vyšší obratnost. Přesto jsou nejspíše dekády vzdálené (oznámení tu a tu). 

Napněte metaplachty!

Je jenom málo tak cool konceptů kosmického létání, jaký nabízejí právě solární plachetnice. Nejenže využívá přirozeného tlaku světelných částic, takže mu vlastně do karet hraje kosmické prostředí samo, ale navíc přesouvá váhu „paliva“ a „motoru“ mimo loď samotnou. Energii totiž takové plachetnici dodává cosi „zvenku“.

Jaderný pohon možná umí vyvinout podobné rychlosti – v dnešním kontextu je pro část veřejnosti pramálo sexy, a navíc se reaktor špatně cpe do malých (nano)sond. A aby toho nebylo málo, solární plachetnictví dává vzpomenout na romantickou éru námořních plachetnic, což lidská nostalgická duše kvituje s povděkem!

ANO! Stroj: Hornblower/BBC

Nedávná studie v této ideji učinila mírný krok kupředu. Série konceptuálních studií NIAC, kterou NASA podporuje futuristické nápady na kosmický výzkum (typicky aniž by je kdykoliv reálně postavila), totiž přišla s inovací na poli solárních plachetnic. Fáze 2 výzkumu pod vedením Grovera Swartzlandera totiž teoreticky navrhla inovovaný způsob, jak „měnit kurz“.

Starší návrhy počítaly s tím, že plachetnice by musela disponovat proměnlivou geometrií odrazivých ploch, takže by bylo možné letět jiným směrem, než kterým do plavidla narážejí fotony. Takové nápady jsou ale pramálo efektivní jak z hlediska využití hybnosti, tak i pro konstrukci a údržbu plachty.

Swartzlanderův tým namísto toho navrhuje sáhnout po metamateriálech, tedy matroších s proměnlivými fyzikálními vlastnostmi. Ideálně takovými, které lze zapnout/vypnout třeba prouděním elektronů. Takové materiály by reflektivní plochu nahradily za plochu difrakční. V zásadě je cílem najít & upravit takové matroše, které by zajistily ohyb světla kýženým směrem bez výraznější ztráty jeho hybnosti. A co víc, úhlová odchylka světla od difrakční plachty může být navržena tak, aby poskytovala posádce elektronické a nikoliv mechanické navigační možnosti. Odpadává tedy celý ranec problémů s údržbou i konstrukcí.

Studie je momentálně ve fázi realizace. Prohlášení NASA je tak spíše oznámením o oznámení než čímkoliv jiným. Využití ohybu světla je však rozhodně zajímavou ideou, která by mohla leccos řešit. Není to zdaleka první kreativní řešení solárních plachetnic. Ale v příštích pěti letech bychom se snad mohli dočkat prvního návrhu použitých materiálů a praktické mise. Dá-li Odin, do další dekády by třeba mohlo dojít i na kosmickou misi podobné lodičky!


Stále něco schází

Co bohužel stále nemáme, je laser, který by podobné plachetnice poháněl. Teoreticky je sice možné, aby solární plachetnice pohánělo jenom Slunce samo. Tím ale moc neušetříme. Pro velká plavidla (plná lidí) bychom totiž potřebovali obří plachetnice. Jejich stabilita je ale zatím podobná jako u hárajícího kocoura, a o mnoho lepší asi ještě dlouho nebude. U malých plachetnic-sond bychom zase potřebovali, aby udělátka k cíli doputovala dříve, než jejich autoři sejdou věkem.

Obojí by teoreticky řešily supervýkonné lasery. Mohly by i menším plachetnicím lidských lodí dodat potřebný výkonnější kopanec, a totéž platí i pro plachetnice automatické. Ty by mohly zase vyrazit na výlet k exoplanetám, popřípadě velmi rychle prozkoumávat sluneční soustavu. Bohužel, dnešní výkonnost laserů je oproti té potřebné zhruba desetinová.

NE! Stroj: Hornblower/BBC

Potenciální skládané paprsky by to mohly řešit, ale jsou a budou ještě dlouho ve vývoji. Alternativní možnost v podobě MNOHA laserů (jak si to představuje třeba Starshot na obrázku níže), by pak byla drahá jako prase.

Ani metamateriály – pokud se osvědčí alespoň ve studii NIAC – tak stále neřeší celý koncept kosmického plachetnictví. A je pravděpodobné, že řešení obojího dorazí nejdříve za další generaci. Ne-li později.

LASER CAUTION LASER CAUTION LASER CAUTION LASER CAUTION
Stroj: Starshot

Mašinka bez kolejí

Skončíme však pozitivně. Pomaličku, polehoučku totiž směřuje kupředu i praktické testování. A to byť se tak samozřejmě děje mnohem pomaleji, než bych si přál. Příští týden nicméně má na palubě Falconu 9 odstartovat cubesat Light Sail 2 z dílny The Planetary Society. Ten bude znovu testovat rozvíjení plachty přímo na orbitě, ačkoliv ani on z její náruče neunikne. Jeho mise je navíc zcela soukromá a čistě vědecká, takže nečekejte její aplikaci přehršle rychle. Hlavním cílem mise je jenom“ zvýšit svou orbitu. 

Faktem nicméně je, že podobně jako v případě znovupoužitelných raket nám možná k masovější aplikaci stačí maličkost – jako jediný průlom nějakého bohatého miliardáře. Solární plachetnice jsou poměrně nenáročné, ale zase ne tak moc, aby se někomu do nich chtělo investovat pár set milionů. Jestli navíc dnes sonda od Země k Jupiteru doletí za 6 let nebo 8 let už není takový rozdíl. Chtít tak plachetnice bez silného laseru, je jako mít k dispozici parní mašinku bez kolejí.

Střízlivě tak hádám, že v příštích 20 až 40 letech se situaci kolem plachetnic příliš nezlepší. Starshot má sice potenciál výzkum a aplikaci posunout, ale jestli se tak doopravdy stane, uvidíme až za dekády. Na revival romantické éry plachetnictví, tentokráte ve vesmíru, si tak budeme muset ještě počkat. Snad se nám ta trpělivost vyplatí!

[LL]

Už abychom uměli třeba… k pohonu používat hvězdy! 😀  Tak, jako řešila studie ve videu níže. 

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze