Choć pomysł brzmi jak scenariusz filmowy, zespół naukowców przedstawił już konkretne założenia techniczne. Potencjalne korzyści wykraczają daleko poza misje kosmiczne – technologia mogłaby pomóc w rozwiązaniu dwóch palących problemów: zaśmiecenia orbity okołoziemskiej i postępujących zmian klimatycznych.
Innowacyjne podejście do napędu świetlnego
Tradycyjne żagle słoneczne działają na zasadzie lustra, odbijając fotony i generując dzięki temu minimalny ciąg. Transmisyjne żagle stosują zupełnie inną filozofię. Zamiast odbicia wykorzystują zjawisko załamania światła, precyzyjnie kierując strumień fotonów za pomocą mikroskopijnych struktur. Ta fundamentalna różnica pozwala na znacznie efektywniejsze wykorzystanie energii słonecznej oraz dokładną kontrolę nad kierunkiem i siłą generowanego pędu.
Czytaj także: NASA rozłożyła gigantyczny żagiel w przestrzeni kosmicznej. Teraz zaczął koziołkować
Kluczową rolę odgrywają tu mikroskopijne wzory refrakcyjne, działające jak nanometryczne soczewki. Dzięki nim możliwe jest sterowanie światłem bez konieczności zmiany pozycji całej konstrukcji żagla – wystarczy aktywować odpowiednie sekcje wzoru. Technologia czerpie z osiągnięć w dziedzinie metamateriałów, czyli sztucznie wytworzonych struktur o unikalnych właściwościach optycznych niedostępnych w naturze.
Algorytmy projektują kosmiczne żagle
Opracowanie optymalnych wzorów refrakcyjnych przekracza możliwości tradycyjnych metod inżynieryjnych. Dlatego naukowcy z Nottingham stworzyli specjalną strukturę programistyczną wykorzystującą uczenie maszynowe. W jej skład wchodzi symulator śledzący drogę promieni świetlnych oraz optymalizator oparty na uczeniu wzmacniającym, który iteracyjnie udoskonala projekt żagla.
Jak wyjaśnia Samuel Thompson, doktorant odpowiedzialny za rozwój algorytmu, największą zaletą tego rozwiązania jest jego elastyczność. System potrafi dostosować parametry żagla do specyfiki konkretnej misji – czy to lotu na Marsa, eksploracji planetoid, czy operacji na orbicie Ziemi. Co istotne, możliwe jest szybkie przeprojektowanie żagla w trakcie trwania misji, gdy zajdzie potrzeba zmiany trasy lub dostosowania do nieprzewidzianych warunków.
Potencjał wykraczający poza eksplorację kosmosu
Choć kosmiczne zastosowania są najbardziej oczywiste, pomysłodawcy wskazują na znacznie szerszy potencjał tej technologii. Jednym z realnych problemów, które mogłaby pomóc rozwiązać, jest rosnące zagrożenie ze strony ponad 34 000 śmieci kosmicznych krążących na niskiej orbicie okołoziemskiej. Obecne metody ich usuwania wymagają kosztownych misji z napędem chemicznym, podczas gdy żagle słoneczne mogłyby znacząco obniżyć te koszty.
Jeszcze śmielsza koncepcja dotyczy walki z globalnym ociepleniem. Dr Cappelletti przedstawił na forum ONZ ideę planetarnego parasola słonecznego – systemu tysięcy żagli, które mogłyby rozpraszać część promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi. Choć brzmi to jak scenariusz science-fiction, naukowcy traktują to jako potencjalne narzędzie geoinżynieryjne, które można byłoby wykorzystać do walki ze zmianami klimatu.
Pierwsze testy w kosmosie
Teoria wkrótce zmierzy się z praktyką dzięki planom integracji transmisyjnych żagli z misjami cubesat. University of Nottingham przygotowuje się do testów w ramach projektów WormSail oraz JamSail (misja mapująca zakłócenia sygnałów nawigacyjnych). Oba satelity formatu 3U mają stać się pierwszym poligonem doświadczalnym dla nowego napędu.
Czytaj także: Gigantyczny żagiel został rozłożony właśnie w kosmosie. Słońce jako niewyczerpane źródło napędu
Transmisyjne żagle słoneczne łączą zaawansowane osiągnięcia optyki i sztucznej inteligencji, jednak ich rzeczywista skuteczność zostanie sprawdzona dopiero w warunkach kosmicznych. Jeśli nadchodzące testy potwierdzą obliczenia, możemy stać u progu nowej ery w eksploracji przestrzeni kosmicznej – bardziej dostępnej i zrównoważonej niż kiedykolwiek wcześniej.