بادبانهای خورشیدی از تخیل به واقعیت پیوستند. فشار نور خورشید بر روی بادبانهای بزرگ، توان کافی فراهم میکند تا فضا پیماهای بزرگ را بدون استفاده از سوخت، در منظومه شمسی به پرواز درآورد.
صفحه ای نازک و بسیار بزرگ به بزرگی یک زمین فوتبال از ماده ای که نور را باز می تاباند با سیم های ظریف کشیده شده است و در فضا، در مداری به دور زمین یا سیاره ای دور دست در حرکت است. این صفحه بادبان خورشیدی نام دارد.
آن را فقط فشار نور خورشید به پیش میراند این باد بان ها میتوانند باری به سنگینی یک کامیون 8 چرخ را تا سیارک ها ببرد ویا مایحتاج یک ماموریت سر نشیندار را به مریخ حمل کند. از آنها در ماموریت های بدون سرنشین به سوی ماه و مریخ نیز استفاده میشود.
بادی که در میان باد بان خورشیدی میپیچد نوری است که از خورشید منتشر میشود
نور خورشید از بادبان خورشیدی منعکس میشود و مقداری از اندازه حرکت خود را به بادبان میدهد. این اندازه حرکت، بسته به اینکه بادبان در چه جهتی قرار گرفته باشد، آن را سرعت میدهد یا سرعتش را کم میکند و با تغییر دادن زاویه بادبان میتوان جهت حرکت فضا پیمارا تغییر داد.
نور خورشید فشار دارد، اما وقتی که این نور به زمین میرسد، فشاری که وارد میکند یک هزارم فشاری است که یک پر کوچک بر دست وارد میکند. بنابر این هر بادبان خورشیدی در مدار زمین مجبور است که از سرعت های کم شروع به حرکت کند.
انجمن سیاره ای آمریکا برآورد کرده است که بادبانی به مساحت 2/6 کیلومتر مربع، پس از 1 ساعت درحدود 16 کیلومتر در ساعت شتاب میگیرد. اما چون در خلا چیزی وجود ندارد که از سرعت بادبان بکاهد، فشار کمی کافیست که فضا پیما را به طور یکنواخت شتاب دهد. پس از 18 روز سرعت فضا پیما به 1/6کیلومتر در ثانیه میرسد.
در اواخر قرن هفدهم، یوهان کپلر، اختر شناس نامدار، خاطر نشان کرد که فشار نور خورشید سبب میشود که دنباله دنباله دار ها در جهت مخالف خورشید کشیده شود.
در اوایل قرن حاظر یک فیزیکدان روسی موفق شد که میزان فشار نور را اندازه بگیرد. او یک صفحه دایره ای فلزی به کفه ترازوی بسیار دقیقی وصل کرد و نور شدیدی بر این صفحه تابانید.
ترازو نشان داد که نور فشار وارد میکند. او این دستگاه را در خلا قرار داد بود تا جریان هوا بر نتیجه آزمایش اثر نگذارد.
اندیشه این که از فشار نور خورشید برای پیش راندن فضا پیماها استفاده شود در سالهای دهه 1920 مطرح شد. در این سالها، کنستانتین تسیو لکوفسکی، پدر فضانوردی و دستیارش فریدریش ساندر در یاد داشت هایشان نوشته بودند که (میتوان تعداد بسیار زیادی اینه از صفحات بسیار نازک) درست کرد و از فشار نور خورشید برای رسیدن به سرعت های کیهانی سود جست.
اما به جز چند داستان علمی _تخیلی که از این سوژه استفاده کردند مسئله بادبان های خورشیدی از یادها رفت.
در سال 1958 بود که ریچارد گاروین مشاور اداره دفاع آمریکا، مقاله در این مورد منتشر کرد او برتری منحصر به فرد بادبانهای خورشیدی را درک کرده بود.
بادبانهای خورشیدی هیچ نوع سوختی را حمل نمیکنند و از این رو برای حمل بارهای بزرگ در سفر های طولانی بسیار مناسب اند. تا اواسط دهه 1960، دانشمندان متخصص امور فضایی علاقه مندی روز افزونی را به مسئله بادبانهای خورشیدی نشان میدادند.
مطالعات فنی اولیه عملی بودند و سودمندی این طرح را تایید کردند. اما متعاقب پایان یافتن برنامه آپولو، بودجه تحقیقاتی بادبانهای خورشیدی نیز قطع شد و کارها متوقف گردید.
چند سال بعد، طرح ماموریت به دنباله دار هالی که در بهار سال 1986 خورشید را دور میزد، بخت خفته بادبانهای خورشیدی را بیدار کرد.
ناسا برای اینکه این ماموریت در نظر عموم مهیج و از نظر علمی ارزشمند باشد، تصمیم گرفت فضا پیمایی را طراحی کند که بتواند سرعتش را با سرعت دنباله دار هالی هماهنگ کند و به جای عبور از کنار آن با هالی ملاقات کند. برای عملی شدن این طرح سیستم پیشران پیشرفته ای لازم بود.
متخصصان ناسا فکر میکردند که پیشرانش یونی از عهده این کار بر میآید. در سیستم پیشرانش یونی، یک میدان الکتریکی به ذرات باردار شتاب میدهد و آنهارا به صورت فوران پر سرعتی بیرون میدهد که میتواند فضا پیما را شتاب دهد و به سرعت های بالا برساند.
متاسفانه محاسبات نشان دادند که اگر بخواهند از سیستم پیشرانش یونی برای رسیدن به سرعت لازم استفاده کنند، فضا پیما میبایست 10 سال پیش از رسیدن هالی به بخش درونی منظومه شمسی پرتاب میشد.
زمان از دست رفته بود و چنین ملاقاتی با هالی امکان پذیر نبود. اما جروم رایت، از موسسه بتل در اوهایو مسئله جدیدی را پیش کشید. او مسیری را کشف کرد که یک بادبان خورشیدی فقط در مدت 4 سال به هالی میرسید.
دانشمندان آزمایشگاه پیشرانش جت در ناسا شگفتزده بودند که زمان پرواز چگونه تا به این حد کاهش یافته است. رایت موفق شد که نظر بورس مورای را جلب کند. مورای در آن زمان مدیر آزمایشگاه پیشرانش جت بود و بادبانهای خورشیدی را مرغان آسمان فرداها نامید.
همچنین برای جلب توجه عموم مهم بود که بادبان خورشیدی، تا ماه ها بعد از پرتاب، از زمین دیده میشد.
در سال 1977 دانشمندان آزمایشگاه پیشرانش جت، پروژه 4 میلیون دلاری طراحی یک بادبان خورشیدی را که تاریخ پرتاب آن اوایل سال 1981 فرض شده بود را آغاز کردند. آنها همچنین تکمیل پیشرانش یونی _الکتریکی را نیز ادامه دادند و رقابت مستقیم این دو طرح آغاز شد.
طرح اولیه بادبان صفحه ای به مساحت 800 متر مربع بود. مهندسان ناسا، پره های کوچکی را در لبه بادبان در نظر گرفته بودند تا به کمک آنها بتوان فضاپیما را در فضا تغییر جهت داد.
طرح ناسا این بود که بادبان از پلاستیک سبکی به نام کاپتون با روکشی از آلومینیوم براق ساخته شود. کاپتون از محصولات شرکت مشهور دوپنت است که در عایقسازی ابزار های نیمه رسانا به کار میرود.
وقتی که ناسا طرح بادبان را با دقت بررسی کرد، مسائل مختلفی سر بر آوردند. بادبان بدان بزرگی و بدان ظرافت را چگونه باید در محفظه بار شاتل جا می دادند؟؟ و اگر این مشکل حل میشد و بادبان هم به خوبی بسته بندی میشد، چگونه باید آن را بدون آسیب در فضا باز میکردند و به شکل دلخواه در می آوردند؟
راه حلی که پیدا کردند این بود که کل بادبان را به 12 صفحه تقسیم کنند و هر صفحه را بر روی یک تیغه نصب کنند.
حاصل این طرح، که هلیو ژیرو نام گرفت، چیزی شبیه به هلی کوپتر بود. برای هر تیغه 10 متر عرض و 7 کیلومتر طول در نظر گرفته شد.
در میان 12 مسئله مربوط به بادبان خورشیدی، که تا حدود زیادی حل شدنی بودند، مسئله تیغه ها به مانعی بزرگ و تقریبا لاینحل تبدیل شد. از سوی دیگر کنترل هلیو ژیرویی با تیغه های کوچک، ممکن نبود.
گرچه بادبانهای خورشیدی برای ملاقات با هالی مناسب مینمود، اما ناسا در سپتامبر 1977 این طرح ها را کنار گذاشت و تلاش خود را صرف تکمیل سیستم پیشرانش یونی _الکتریکی کرد. اما طولی نکشید که این طرح نیز دنبال نشد. با وجود این، مجموعه تلاش ها برای ملاقات با هالی نشان داد که نباید از سیستم پیشرانش بادبان خورشیدی نا امید شد.
هدف متخصصان این بود که راهی برای فرستادن ابزار های علمی به مناطق مختلف منظومه شمسی پیدا کنند.
نظریه بادبان های خورشیدی حاکی از آن بود که در ماموریت ملاقات با هالی، بادبان میتواند 42 تن بار را در مدت کمتر از 4 سال به عطارد ببرد. در صورتی که فضا پیماهای رایج مجبورند مقدار زیادی سوخت با خود ببرند ولی بادبان ها به جای سوخت می توانند محفظه بار خود را از ابزار های علمی پر کنند و آنها را به زمین باز گردانند.
بعد از هر ماموریت می توان بادبان خورشیدی را به مدار زمین هدایت کرد. بادبانهای خورشیدی همچنین میتوانند به مدار هایی دست یابند که رسیدن به آن مدارها برای فضاپیماهای معمولی دشوار است. برای مثال بادبان ها قادرند که ابزار های علمی را به خارج از صفحه دایرةالبروج حمل کنند. مدار گردش سیارات به دور خورشید در این صفحه است.
طراحان می بایست تعادلی بین اندازه بادبان و جرم آن ایجاد میکردند سایر کشور ها نیز به فکر ساخت بادبانهای خورشیدی افتادند حتی دانشمندان ژاپنی و همچنین در انگلستان در سراسر جهان تبدیل به یک مسابقه شد مسابقه سفر به مریخ درسال 1992 به یاد بود پانصدمین سالگرد سفر کريستف کلمب به دنیای جدید آینده بادبانهای خورشیدی بسیار روشن است که رویاها را به حقیقت تبدیل میکند.