مرحله دوم طرحی مفهومی برای بادبان خورشیدی که با پراش نور کار میکند
طرحی مفهومی برای ساخت بادبانهای خورشیدی پیشرفته توانسته است حمایت مالی ناسا را برای مرحله دوم مطالعه به دست آورد. این طرح را دانشگاهی در شهر روچستر ایالت نیویورک آمریکا به نام موسسه فناوری روچستر (Rochester Institute of Technology) ارائه داده است. بادبانهای خورشیدی برای به حرکت درآوردن فضاپیماها از تکانه حاصل از نور خورشید استفاده میکنند. برای ناوبری و تغییر مسیر فضاپیماهایی که از بادبانهای خورشیدی استفاده میکنند باید مسیر نور بازتابیده خورشید را از مسیر طبیعی آن به جهت موردنظر منحرف کرد. اندازه و جهت فشار تابشی نور خورشید به عواملی مانند زاویه بادبان با پرتوهای خورشید، زاویه مسیر حرکت نسبت به خورشید و فاصله تا خورشید بستگی دارد. پیشتر استفاده از بادبانهای خورشیدی بسیار بزرگی از جنس فیلم نازکی از پلیمید (polyimide) پوشیده شده با فلز پیشنهاد شده است، اما استفاده از این بادبانها بهینه نیست زیرا برای کنترل مسیر فضاپیما در جهت موردنظر این بادبانها باید به سرعت و فقط اندکی پس از آغاز حرکت از مسیر مستقیم پرتوهای خورشید منحرف شوند که باعث کاهش شتابگیری فضاپیما میشود. اما در این طرح مفهومی استفاده از بادبانهای خورشیدی که با پراش نور کار میکنند (diffractive) به جای بادبانهای بازتابنده (reflective) پیشنهاد شده است.
برخلاف بادبانهای بازتابنده، در بادبانهایی که از پراش نور استفاده میکنند مؤلفه نیرویی در جهت عمود بر پرتوهای خورشید نیز وجود دارد که امکان کنترل جهت حرکت و ناوبری را میدهد. این بادبانها از فیلمهای خاصی ساخته میشوند که ساختار داخلی آنها باعث پراش نور و انحراف زاویه آن هنگام عبور از فیلم میشود. شکل زیر نمونهای از این فیلمها و ساختار داخلی آن را نشان میدهد. با طراحی خاصی امکان کنترل الکترونیکی خواص نوری و زاویه انحراف نور از این فیلمها وجود دارد.
فاز نخست این طرح اصول بهکارگیری بادبانهایی که از پراش نور استفاده میکنند را با بررسیهای نظری و آزمایشگاهی نشان داد. این بادبانهای ساختهشده از فراماده با ویژگیهای خاصی که دارند امکان کاهش ارتفاع به سمت خورشید و مدیریت حرارتی را فراهم میکنند و قابلیتهای بسیار بهتری در مقایسه با بادبانهای بازتابنده دارند. همچنین این بادبانها در مقایسه با بادبانهای بازتابنده که از روشهای مکانیکی و ژیروسکوپ برای کنترل جهت استفاده میکنند خطر شکست کمتری دارند. قرار است در فاز دوم این طرح امکان بهکارگیری آن برای مأموریت گروهی از کاوشگرها بررسی شود که در مدار قطبی خورشید قرار میگیرند و دادههای رادیومتری پیوسته برای شناخت بیشتر خورشید در همه زوایا از استوای این ستاره تا قطبهای آن فراهم میکنند. تاکنون هیچ تصویر مستقیمی از قطبهای خورشید ثبت نشده است. در فاز دوم قرار است دو نوع بادبان از دو نوع فیلم مختلف ساخته و آزمایش و مقایسه شوند. همچنین این طرح از نظر کارایی، هزینه و ریسک بررسی میشود. بعلاوه قرار است نقشه راه استفاده این روش برای تاسوارهها و مأموریتهای فضایی در مناطق نزدیک به زمین، نواحی داخلی منظومه شمسی و سفرهای میان ستارهای ایجاد شود.
فاز دوم این طرح مفهومی در برنامه مفاهیم نوآورانه پیشرفته ناسا (NASA Innovative Advanced Concepts بهاختصار NIAC) در سال ۲۰۱۹ انتخاب شده است. برنامه مفاهیم نوآورانه پیشرفته ناسا ایدههایی را که با ارائه مفاهیم کاملا جدید دیدگاههای نوینی برای مأموریتهای آینده ناسا فراهم میکنند پرورش میدهد. سالیانه چندین طرح ارائهشده به این برنامه برگزیده میشوند و حمایتهایی به آنها تعلق میگیرد. حمایت مالی برای فاز نخست طرحها ۱۲۵ هزار دلار و مدت اجرای آنها ۹ ماه است. طرحها پس از پایان فاز نخست میتوانند برای دریافت حمایت در فاز دوم نیز درخواست کنند که ناسا آن را بررسی خواهد کرد. در صورت انتخاب برای فاز دوم، حمایتی به مبلغ ۵۰۰ هزار دلار به طرح تعلق میگیرد. مدت اجرای فاز دوم طرحها دو سال است.