Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Mercurius zou de perfecte bestemming kunnen zijn voor een zonnezeil

Artistieke illustratie van IKAROS. Credit:JAXA

Zonnezeilen zijn afhankelijk van de druk die door zonlicht op grote oppervlakken wordt uitgeoefend. Breng het zeil dichter bij de zon en het is niet verrassend dat de efficiëntie toeneemt. Een voorgestelde nieuwe missie genaamd Mercury Scout heeft tot doel hiervan te profiteren om Mercury te verkennen. De missie zal het Mercuriaanse oppervlak tot op een resolutie van 1 meter in kaart brengen en, door gebruik te maken van het sterk reflecterende zeiloppervlak om schaduwrijke kraters te verlichten, op jacht gaan naar waterafzettingen.



In tegenstelling tot conventionele raketmotoren die brandstof nodig hebben die zelf gewicht toevoegt en vervolgens meer brandstof vereist, zijn zonnezeilen veel efficiënter. Licht dat op het zeil valt, kan een ruimtesonde voortstuwen. Het is een fascinerend concept dat teruggaat tot de 17e eeuw, toen Johannes Kepler het idee voorstelde aan Galileo Galilei. Pas aan het begin van de 21e eeuw creëerde de Planetary Society het Cosmos 1 zonnezeilruimtevaartuig. Het werd in juni 2005 gelanceerd, maar door een mislukking kwam het nooit in een baan om de aarde. Het eerste met succes gelanceerde zonnezeil was Ikaros, gelanceerd door het Japanse Aerospace Exploration Agency en het demonstreerde op voortreffelijke wijze de haalbaarheid van de technologie.

Het is al sinds 1905 bekend dat licht bestaat uit kleine deeltjes die bekend staan ​​als fotonen. Ze hebben geen massa, maar als ze door de ruimte reizen, hebben ze wel momentum. Wanneer een tennisbal een racket raakt, stuitert deze tegen de snaren en wordt een deel van het momentum van de bal overgebracht op het racket. Op een zeer vergelijkbare manier brengen fotonen van licht die een zonnezeil raken een deel van hun momentum over op het zeil, waardoor het een klein duwtje krijgt. Meer fotonen die het zeil raken, geven nog een klein duwtje en terwijl ze zich langzaam opbouwen, versnelt het ruimtevaartuig langzaam.

Gegevens van de Mercury Atmosphere and Surface Composition Spectrometer (MASCS) zijn over het mozaïek van het Mercury Dual Imaging System (MDIS) heen gelegd. Credit:NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Mercury Scout zal profiteren van het zonnezeilidee als belangrijkste voortstuwing zodra het een baan om de aarde heeft bereikt. De belangrijkste doelstellingen van de missie zijn het in kaart brengen van de mineralenverdeling op het oppervlak, beeldvorming met hoge resolutie tot een resolutie van 1 meter en identificatie van ijsafzettingen in permanent beschaduwde kraters. Er werd gekozen voor het zonnezeil omdat het aanzienlijke technische en financiële voordelen biedt, waardoor de totale kosten worden verlaagd en de transittijd naar Mercury wordt verkort.

Om de Mercury Scout-module voort te stuwen, zal het zeil ongeveer 2500 vierkante meter groot zijn en 2,5 micron dik. Het materiaal is gealuminiseerd CP1, vergelijkbaar met het materiaal dat wordt gebruikt in het hitteschild van de James Webb-ruimtetelescoop. De vier afzonderlijke kwadranten van het zeil ontvouwen zich langs koolstofvezelsteunen en zullen naar verwachting binnen 3,8 jaar bij Mercury terechtkomen. Bij aankomst zal het in een polaire baan terechtkomen en vervolgens nog eens 176 dagen besteden aan het in kaart brengen van het hele oppervlak.

Om de hele planeet in kaart te kunnen brengen zal de baan moeten worden gehandhaafd door de hoek van het zeil aan te passen. Op dezelfde manier kan de kapitein van een zeilschip tegen de wind in, of soms tegen de wind in, door de hoek en positie van het zeil aan te passen, zodat het zonnezeil kan worden gebruikt om stuwkracht in de gewenste richting te genereren.

In tegenstelling tot andere, meer traditionele raketmotoren waarvan de levensduur doorgaans beperkt is tot de beschikbaarheid van brandstof, wordt het zonnezeil beperkt door degradatie van het zeilmateriaal. De levensverwachting is ongeveer 10 jaar. Er wordt onderzoek gedaan naar aanvullende coatings om te zien of de levensduur van het zeil nog verder kan worden verlengd.

Meer informatie: Mercury Scout:een zonne-zeilmissie naar de binnenste planeet. www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2024/pdf/2314.pdf

Aangeboden door Universe Today