ایسنا/ اکتشاف فضایی معمولا موشک‌هایی را در ذهن ما به تصویر می‌کشد که برای خروج از زمین و سفر در منظومه شمسی، مقادیر زیادی سوخت مصرف می‌کنند اما اکنون دانشمندان، بادبان‌های خورشیدی بدون سوخت طراحی کردند که می‌توانند نسل بعدی فضاپیماها را تغذیه کنند.

نتایج پژوهش جدید دانشگاه «ناتینگهام» انگلیس نشان می‌دهد که به‌زودی با نوع جدید بادبان خورشیدی که از نور خورشید به روشی هوشمندانه‌تر استفاده می‌کند سفر بدون سوخت به فضا امکان‌پذیر خواهد بود.

بادبان‌های خورشیدی، ایده جدیدی نیستند و دهه‌هاست که دانشمندان تصور می‌کنند از ورق‌های بزرگ و فوق‌العاده نازک برای دریافت نور خورشید و به حرکت درآوردن فضاپیما استفاده کنند، دقیقا مانند باد که یک قایق بادبانی را هل می‌دهد. طرح‌های سنتی برای تولید نیروی رانش به بازتاب نور خورشید متکی هستند، اما گروه پژوهشی «ناتینگهام» نوع جدیدی از بادبان‌ها را طراحی کردند که نه فقط نور را منعکس بلکه آن را خم نیز می‌کنند.

این «بادبان‌های خورشیدی انتقالی» با الگوهای انکساری میکروسکوپی پوشیده شده‌اند که فضاپیما را فقط با استفاده از نور هدایت و شتاب می‌دهند. از آنجا که به موتور یا سوخت نیاز ندارند، می‌توانند ماموریت‌های فضایی طولانی‌مدت را ممکن سازند، هزینه‌ها را کاهش دهند و دریچه‌ای را به سوی اکتشافات فضایی پایدارتر باز کنند.

این پژوهش چارچوب بهینه‌سازی را معرفی می‌کند که به دانشمندان در طراحی و آزمایش این الگوهای کوچک کمک می‌کند. با تنظیم دقیق نحوه خم شدن نور با الگوها، گروه پژوهشی به کارایی و کنترل بسیار بیشتری نسبت به موارد قبلی دست یافت.

ساموئل تامپسون، دانشجوی دکترا و رهبر بخش عمده‌ای از توسعه فنی این پروژه توضیح داد که چگونه این گروه پژوهشی، بادبان‌ها را مدل‌سازی کرد. وی گفت: من شبیه‌سازی ردیابی پرتو برای توصیف ویژگی‌ها و بهینه‌سازی بادبان‌های خورشیدی الگودار و انکساری را توسعه دادم تا شتاب و پایداری آنها را به حداکثر برسانم.

از آنجا که رفتار نور پیچیده و غیرقابل پیش‌بینی است، تامپسون همچنین الگوریتم یادگیری تقویتی برای آزمایش هزاران طرح ممکن و بهبود خودکار آنها ساخت. این رویکرد به این معنی است که بادبان‌ها می‌توانند برای ماموریت‌های خاص چه برای فرستادن یک ماهواره کوچک از طریق مدار پایین زمین یا برای پیش راندن یک کاوشگر فضای عمیق در یک سفر طولانی سفارشی شوند. آنها حتی می‌توانند در اواسط توسعه برای مطابقت با نیازهای متغیر ماموریت، دوباره طراحی شوند.

پژوهشگران دانشگاه «ناتینگهام» بر این باور هستند که این بادبان‌ها ممکن است به ویژه برای عملیات فضایی پایدار ارزشمند باشند. یکی از کاربردهای امیدوارکننده، پاکسازی زباله‌های فضایی است، زیرا بادبان‌های خورشیدی می‌توانند اشیا کوچک و کنترل‌نشده را بدون نیاز به سیستم‌های پیشران گران‌قیمت از مدار زمین خارج کنند.

فراتر از اکتشافات فضایی، این کار ممکن است کاربردهای سیاره‌ای نیز داشته باشد. این گروه پژوهشی در تحقیقات بین‌المللی در زمینه بررسی ایده «سایبان‌های خورشیدی سیاره‌ای» با بادبان خورشیدی مشارکت داشته است. این بادبان‌های غول‌پیکر که در فضا قرار می‌گیرند، می‌توانند نور خورشید را منعکس یا پخش کنند تا به خنک شدن آب‌وهوای زمین به‌عنوان بخشی از استراتژی‌های جهانی مهندسی زمین کمک کنند.

به تازگی دکتر کاپلتی، محقق دانشگاه «ناتینگهام»، این مفهوم را در رویدادی در سازمان ملل متحد در مورد نوآوری آب‌وهوا ارائه و نقش بالقوه آن را در تاب‌آوری آب‌وهوای آینده برجسته کرد.

در حال حاضر، گروه تحقیقاتی «نات‌اسپیس» (NottSpace )، بادبان‌های انتقالی را در ماموریت‌های دنیای واقعی ادغام کرده است. پروژه‌های «کیوبست» (CubeSat) داخلی آنها، «ورم سیل» (WormSail) و «جم‌سیل» (JamSail)، از این بادبان‌ها برای آزمایش‌هایی از نقشه‌برداری سیگنال‌های اختلال جی پی اس یا سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) گرفته تا پشتیبانی از تحقیقات دارویی در فضا استفاده خواهند کرد.

طبق گزارش سایت ساینس، بادبان‌های خورشیدی انتقالی «ناتینگهام» با بازاندیشی در چگونگی مهار نور خورشید با فضاپیماها، به آینده‌ای اشاره می‌کنند که در آن می‌توانیم به دورتر سفر، مدت زمان بیشتری کاوش و حتی به محافظت از سیاره خود کمک کنیم و همه اینها بدون استفاده از یک قطره سوخت امکان‌پذیر است.

نتایج این تحقیق در نشریه «مجله فضانوردی» (Acta Astronautica) منتشر شده است.