Matanga ya jua ni njia ya kukisukuma chombo cha anga za juu kwa kutumia mgandamizo wa gesi nyepesi na za kasi (pia huitwa shinikizo la mwanga wa jua) zinazotolewa na nyota. Hebu tuangalie kwa karibu kifaa chake.
Kutumia matanga kunamaanisha usafiri wa anga wa gharama nafuu pamoja na maisha marefu. Kwa sababu ya ukosefu wa sehemu nyingi zinazohamia, pamoja na hitaji la kutumia propellant, meli kama hiyo inaweza kutumika tena kwa uwasilishaji wa mizigo. Majina ya light au photon sail pia wakati mwingine hutumika.
Hadithi ya dhana
Johannes Kepler wakati mmoja aligundua kuwa mkia wa comet hutazama mbali na Jua, na akapendekeza kuwa ni nyota ambayo hutoa athari hii. Katika barua kwa Galileo mwaka wa 1610, aliandika: "Ipe meli na tanga iliyobadilishwa kwa upepo wa jua, na kutakuwa na wale ambao watathubutu kuchunguza utupu huu." Labda, kwa maneno haya, alirejelea kwa usahihi hali ya "mkia wa comet", ingawa machapisho juu ya mada hii yalionekana miaka kadhaa baadaye.
James K. Maxwell katika miaka ya 60 ya karne ya XIX alichapisha nadharia ya uga wa sumakuumeme namionzi, ambayo alionyesha kuwa mwanga una kasi na hivyo unaweza kutoa shinikizo kwa vitu. Milinganyo ya Maxwell hutoa msingi wa kinadharia wa mwendo wa shinikizo la mwanga. Kwa hivyo, mapema kama 1864, ilijulikana ndani na nje ya jumuiya ya fizikia kuwa mwanga wa jua hubeba msukumo ambao hutoa shinikizo kwa vitu.
Kwanza, Pyotr Lebedev alionyesha kwa majaribio shinikizo la mwanga mwaka wa 1899, na kisha Ernest Nichols na Gordon Hull walifanya majaribio huru sawa mwaka wa 1901 kwa kutumia radiometer ya Nichols.
Albert Einstein alianzisha uundaji tofauti, akitambua usawa wa uzito na nishati. Sasa tunaweza kuandika kwa urahisi p=E/c kama uwiano kati ya kasi, nishati na kasi ya mwanga.
Svante Arrhenius alitabiri mnamo 1908 uwezekano wa shinikizo kutoka kwa mionzi ya jua kubeba spora hai juu ya umbali kati ya nyota, na, kwa sababu hiyo, dhana ya panspermia. Alikuwa mwanasayansi wa kwanza kudai kwamba nuru inaweza kuhamisha vitu kati ya nyota.
Friedrich Zander alichapisha karatasi ikijumuisha uchanganuzi wa kiufundi wa sail ya jua. Aliandika kuhusu "matumizi ya vioo vikubwa na vyembamba sana" na "shinikizo la mwanga wa jua kufikia kasi ya ulimwengu."
Miradi ya kwanza rasmi ya kuendeleza teknolojia hii ilianza mwaka wa 1976 katika Maabara ya Jet Propulsion kwa misheni inayopendekezwa ya kukutana na Halley's Comet.
Jinsi tanga la sola linavyofanya kazi
Mwanga huathiri magari yote kwenye mzunguko wa sayari au ndaninafasi ya sayari. Kwa mfano, chombo cha angani cha kawaida kinachoenda Mihiri kingekuwa zaidi ya kilomita 1,000 kutoka kwenye Jua. Athari hizi zimejumuishwa katika upangaji wa safari za anga za juu tangu chombo cha kwanza kabisa cha anga za juu katika miaka ya 1960. Mionzi pia huathiri nafasi ya gari, na jambo hili lazima lizingatiwe katika muundo wa meli. Nguvu kwenye sail ya jua ni newton 1 au chini ya hapo.
Matumizi ya teknolojia hii ni rahisi katika mizunguko kati ya nyota, ambapo hatua yoyote hufanywa kwa kasi ya chini. Vekta ya nguvu ya tanga nyepesi inaelekezwa kando ya mstari wa jua, ambayo huongeza nishati ya obiti na kasi ya angular, na kusababisha meli kusonga mbali zaidi na jua. Ili kubadilisha mwelekeo wa obiti, vekta ya nguvu iko nje ya ndege ya vekta ya kasi.
Udhibiti wa nafasi
Mfumo wa Kudhibiti Mtazamo wa chombo cha angani (ACS) unahitajika ili kufikia na kubadilisha mahali unapotaka wakati wa kusafiri kupitia Ulimwengu. Nafasi iliyowekwa ya kifaa hubadilika polepole sana, mara nyingi chini ya digrii moja kwa siku katika nafasi ya sayari. Utaratibu huu hutokea kwa kasi zaidi katika mizunguko ya sayari. Mfumo wa udhibiti wa gari linalotumia tanga la jua lazima utimize mahitaji yote ya mwelekeo.
Udhibiti hupatikana kwa mabadiliko ya kiasi kati ya kituo cha shinikizo la chombo na katikati ya uzito. Hili linaweza kufikiwa kwa kutumia vani za udhibiti, kusogeza tanga za mtu binafsi, kusonga misa ya udhibiti, au kubadilisha kiakisiuwezo.
Msimamo wa kusimama unahitaji ACS ili kudumisha torque ya wavu kwa sifuri. Wakati wa nguvu ya meli sio mara kwa mara kando ya trajectory. Mabadiliko ya umbali kutoka kwa jua na pembe, ambayo hurekebisha shimoni la tanga na kukengeusha baadhi ya vipengele vya muundo unaounga mkono, na kusababisha mabadiliko ya nguvu na torati.
Vikwazo
Seli ya jua haitaweza kufanya kazi katika mwinuko wa chini ya kilomita 800 kutoka Duniani, kwa kuwa hadi umbali huu nguvu ya kustahimili hewa inazidi nguvu ya shinikizo la mwanga. Hiyo ni, ushawishi wa shinikizo la jua unaonekana dhaifu, na haitafanya kazi. Kasi ya kugeuka kwa meli lazima ilingane na obiti, ambayo kwa kawaida ni tatizo la kusokota kwa usanidi wa diski.
Halijoto ya kufanya kazi inategemea umbali wa jua, pembe, uakisi na radiators za mbele na za nyuma. Meli inaweza kutumika tu ambapo hali ya joto huwekwa ndani ya mipaka yake ya nyenzo. Kwa ujumla inaweza kutumika karibu na jua, karibu 0.25 AU, ikiwa meli imeundwa kwa uangalifu kwa hali hizo.
Mipangilio
Eric Drexler alitengeneza mfano wa matanga ya jua kutoka kwa nyenzo maalum. Ni sura yenye paneli ya filamu nyembamba ya alumini yenye unene wa nanomita 30 hadi 100. Meli inazunguka na lazima iwe chini ya shinikizo kila wakati. Aina hii ya muundo ina eneo la juu kwa kila kitengo cha molekuli na kwa hiyokuongeza kasi "mara hamsini haraka" kuliko zile zinazotegemea filamu za plastiki zinazoweza kutumika. Ni matanga ya mraba yenye milingoti na mistari pacha kwenye upande wa giza wa tanga. Nguzo nne zinazokatiza na moja inayoelekea katikati ili kushikilia waya.
Muundo wa kielektroniki
Pekka Janhunen alivumbua tanga la kielektroniki. Kimechanic, ina uhusiano mdogo na muundo wa taa wa kitamaduni. Saili hubadilishwa na nyaya za conductive (waya) zilizopangwa kwa radially kuzunguka meli. Wanaunda uwanja wa umeme. Inapanua makumi kadhaa ya mita ndani ya plasma ya upepo wa jua unaozunguka. Elektroni za jua zinaakisiwa na uwanja wa umeme (kama fotoni kwenye tanga la jadi la jua). Meli inaweza kuongozwa kwa kudhibiti malipo ya umeme ya waya. Sail ya umeme ina nyaya 50-100 zilizonyooka, takriban urefu wa kilomita 20.
Imetengenezwa na nini?
Nyenzo zilizotengenezwa kwa sail ya jua ya Drexler ni filamu nyembamba ya alumini yenye unene wa mikromita 0.1. Kama inavyotarajiwa, imeonyesha nguvu ya kutosha na kutegemewa kwa matumizi angani, lakini si kwa kukunja, kuzindua na kupeleka.
Nyenzo zinazotumika sana katika miundo ya kisasa ni filamu ya alumini "Kapton" yenye ukubwa wa mikroni 2. Inastahimili halijoto ya juu karibu na Jua na ina nguvu ya kutosha.
Kulikuwa na baadhi ya kinadhariauvumi juu ya kutumia mbinu za utengenezaji wa molekuli ili kuunda matanga ya hali ya juu, yenye nguvu, na nyepesi zaidi kulingana na gridi za kitambaa cha nanotube ambapo "mapengo" yaliyofumwa ni chini ya nusu ya urefu wa mawimbi ya mwanga. Nyenzo kama hiyo iliundwa kwenye maabara pekee, na njia za utengenezaji kwa kiwango cha viwanda bado hazijapatikana.
Matanga mepesi hufungua matarajio mazuri ya usafiri kati ya nyota. Bila shaka, bado kuna maswali na matatizo mengi ambayo yatabidi kukabiliwa kabla ya kusafiri katika ulimwengu na muundo wa chombo kama hicho huwa jambo la kawaida kwa wanadamu.
