Plachtenie na lúčoch Slnka

Z času na čas vídame na oblohe niekoľkotýždňové divadlo – k Slnku sa priblíži kométa, ktorá za sebou ťahá dlhý chvost. V skutočnosti ich má (bežne) dva a ani jeden za sebou neťahá.

Prvý chvost je plynový a mieri vždy presne od Slnka – je totiž odviaty slnečným vetrom, teda prúdom vyvrhnutých nabitých častíc. Ten druhý tvoria mikrometrové zrnká prachu, ktoré sú oveľa ťažšie ako častice plynu. Preto ich neodfúkne tak ľahko. Tvar a smer tohto chvostu je komplikovanejší – prispieva k nemu aj tlak slnečných lúčov. A práve ten je kľúčový aj pre solárne plachetnice.

Princíp fungovania normálnej plachetnice je dobre známy – vietor fúka do plachiet, čím na ňu pôsobí silou, vďaka ktorej sa hýbe. Pri bližšom pohľade vidíme, že vzduch, a teda aj vietor, tvoria malé častice, ktoré narážajú do plachty a prenášajú na ňu svoju hybnosť. Princíp svetelného tlaku je úplne rovnaký – svetlo je tvorené z častíc, fotónov, ktoré svoju hybnosť po náraze prenášajú na plachtu.

Na putovanie vesmírom teda stačí jediné – veľká plachta. Tá zachytáva, alebo presnejšie odráža, fotóny zo Slnka, čím získava hybnosť. Má to však háčik – tlak svetla je, pochopiteľne, veľmi malý. Na zdvihnutie fľašky minerálky z povrchu Zeme by sme potrebovali plachtu s rozmerom 1,3 km². Solárny pohon tak môže pôsobiť dosť neprakticky, opak je však pravda. Tlak fotónov je síce veľmi malý, pôsobí však neprestajne a nevyžaduje žiadne palivo. Jazdiť “zadarmo“ by potešilo každého šoféra, no pre vesmírneho pilota je to niečo ako svätý grál.

Hlavným problémom bežných rakiet je totiž práve palivo. Ak chceme vyniesť do vesmíru náklad, potrebujeme palivo. Palivo je ale tiež náklad a tak potrebujeme palivo, ktoré vynesie jeho. Ale aj to treba vyniesť – a tak ďalej a tak ďalej. Preto rakety pri štarte tvorí takmer výlučne palivo, reálny náklad je len špička ľadovca. Slnečnú plachetnicu síce treba na orbit tiež vyniesť, ďalej to už ale zvládne sama. Stačí počkať, kým ju slnečný vietor rozhýbe. Zo začiatku jej to ide pomaly, keďže je ale tlačená non-stop, postupne sa poriadne rozbehne. Napríklad pri lete na Jupiter, ktorý je takto zvládnuteľný v priebehu pár rokov, by dosiahla rýchlosť až niekoľko desiatok kilometrov za sekundu.

Idylu narúša jediné – aj slnečná plachetnica trpí bezvetrím. Rovnako ako slabne svetlo žiarovky, od ktorej sa vzďaľujeme, rednú aj lúče Slnka. Čím je plachetnica od neho ďalej, tým zrýchľuje pomalšie. Na medzihviezdne lety preto nestačí.

Prvá misia testujúca solárny pohon mala príhodné meno – IKAROS. Plachta s rozmerom 200 m² za niekoľko mesiacov nabrala rýchlosť až 100 metrov za sekundu. V úvode spomínaný projekt Lightsail má preto veľkú nádej na úspech. Plachta s rozmerom 32 m² bude niesť 5-kilový satelit Cubesat. Nadšenie vyvoláva najmä nízka cena – kým bežné vesmírne misie stoja miliardy dolárov, tejto stačí zhruba 5 miliónov. Ide o proof-of-concept experiment, ktorý môže sprístupniť novú formu vesmírneho bádania.

Lightsail majú vypustiť na jeseň budúceho roku a dúfajme, že misia bude úspešná. Aj vďaka nej budeme možno posielať (pra)vnúčatám pohľadnice z Marsu.

Poznámky pod čiarou:

1. Kométy a ich chvosty sú prekvapivo komplikované objekty. Aj preto bol projekt Rosetta taký zaujímavý. Tu som ich opísal iba zjednodušene.

2. Je možno trochu prekvapivé, že plachetnica sa môže hýbať aj smerom k Slnku. Pri pohybe telies okolo Slnka ide o vyvažovanie gravitačnej a odstredivej sily, ktorá závisí od rýchlosti, ktorou sa okolo Slnka hýbeme. Vhodným natočením dokáže plachetnica túto rýchlosť spomaliť (čím zníži odstredivú silu) a tým začať klesať bližšie k Slnku.

3. Ďalšie formy bezpalivového pohonu sú napríklad elektrický a magnetický (výhodou je, že sa nedajú prederaviť).

4. Exponenciálny nárast potrebného paliva opisuje Ciolkovského rovnica.

5. Pri zachytení fotónu (čierna plachta) sa prenesie celá jeho hybnosť. Ak sa ale fotón odrazí (biela alebo reflexná plachta), zmena jeho hybnosti (a teda aj prenesená hybnosť) je dvojnásobná.

6. Pri pohybe po slnečnej sústave si môže plachetnica pomáhať gravitáciou rôznych planét.

7. Projekt Lightsail nájdete tu, má ho na starosti The Planetary society