Rumskibe med sejl kan sende os til andre stjerner

Kometers haler vender altid væk fra Solen. Det inspirerede for omkring 400 år siden matematikeren og astronomen Johannes Kepler til at foreslå, at den vind, der øjensynligt blæser komethalerne væk fra Solen, også kan bruges til at drive fartøjer med sejl af sted gennem rummet.

Mange år senere, i 1924, beskrev den visionære lettiske forsker og raketingeniør Fridrikh A. Tsander for første gang konceptet “solsejl”, og i vore dage er rumfartøjer drevet på denne måde ikke længere blot
en strøtanke.

De er på dagsordenen som et seriøst alternativ til konventionelle raketter, når vi taler om rejser i Solsystemet og måske den eneste rentable mulighed for at rejse til de nærmeste stjerner - i hvert fald inden for en overskuelig tidshorisont.

Raketter med akilleshæl

Problemet med nutidens rumfartøjer er, at de alle 
er født med en akilleshæl, der er umulig at komme udenom: de medbringer selv deres brændstof. For at rejse langt på en overskuelig mængde tid skal rumskibet hurtigt have en så høj hastighed som overhovedet muligt. Den nødvendige acceleration koster dyrt i brændstof, også selvom vi udstyrer rumskibet med en mere effektiv motortype end den kemiske raket.

Mere fart kræver mere brændstof, så der kan accelereres i længere tid. Ved at hælde mere brændstof på bliver rumskibet imidlertid tungere og dermed vanskeligere at accelerere. Den eneste kur er at tanke endnu mere brændstof, men det løser jo ikke problemet – tværtimod.

Kuren og ikke sygdommen ender med at tage livet af patienten. Problemet er i virkeligheden større end som så. Det er nemlig ikke nok at kunne accelerere til en høj hastighed. Der skal også være brændstof til at bremse rumskibet ved ankomsten til rejsemålet samt til hjemrejsens acceleration og opbremsning.

Solsejl giver det 'raketløse rumskib'

Rumskibe, der slæber rundt på deres eget brændstof, er derfor som udgangspunkt ikke et godt koncept til interplanetariske rejser - for slet ikke at tale om rejser til stjernerne. Det er netop her solsejlene kommer ind i billedet som det “raketløse rumskib”. Her er det ikke den kemiske energi bundet i raketbrændstoffet, der giver fremdriften, men derimod en ydre kilde, som vi alle jævnligt føler på vores egen krop. Solens lys.

I Jordens afstand fra Solen, altså ca. 150 millioner km, påvirker sollyset med en kraft på 9 Newton pr. kvadratkilometer. Tættere på Solen vil påvirkningen være større, mens den falder med en stigende afstand fra vor stjerne. Det er således ikke, som mange fejlagtigt tror, solvinden, der kan fylde et solsejl. Denne konstante strøm af elektrisk ladede partikler fra Solen er så tynd, at den i sammenligning med sollyset kun er årsag til en meget beskeden kraftpåvirkning på ca. 0,1 %.

Ønskes en større kraftpåvirkning end den Solens lys kvit og frit leverer, så kan laserlys eller mikrobølgestråling f.eks. afsendt her fra Jorden eller fra en rumbaseret platform også skubbe på.

Solsejlet er en realitet

Store sejl i rummet, der skubbes af sted af Solens lys, og en laser på Jorden eller i rummet lyder i de flestes ører måske mest som science fiction. Ikke desto mindre så vi i 2010 det første solsejl på rejse i rummet, nærmere bestemt på fra Jorden til Venus. Sejlet var et japansk projekt ved navn IKAROS, der er en forkortelse for Interplanetary Kitecraft Accelerated by Radiation Of the Sun.

IKAROS blev sendt ud i rummet den 20. maj 2010 sammen med venussonden Akatsuki. Den 3. juni begyndte det japanske rumagtentur (JAXA) den trinvise udfoldning af sejlet og den 10. juni blev det bekræftet, at udfoldningen var forløbet efter planen. Sejlet var ca. 14 meter på hver led og kun 0,0075 mm tykt, hvilket er tyndere end et menneskehår. Solceller placeret på sejlet leverede strøm til IKAROS.

Målinger viste, at sejlets hastighed langsomt blev øget, pga. det pres som sollyset laver. Fremdriften svarede nøje til den forventede værdi. Japanerne har også succesfuldt gennemført manøvrer med sejlet ved at ændre sejlets vinkel i forhold til det indkommende sollys.

Næste solsejl på vej

Selvom IKAROS således har banet vejen for at bruge solsejl som fremdriftsmiddel i rummet, er der helt klart brug for flere konkrete erfaringer med konceptet for at gøre solsejlet til en anvendelig teknologi. Heldigvis er næste solsejlsmission lige om hjørnet i form af NASA’s Sunjammer-projekt.

Sunjammer bliver det hidtil største solsejl i rummet med en sidelængde på 38 meter og et samlet areal 1208 kvadratmeter, ca. syv gange større end IKAROS’ effektive areal.

Sunjammer skal på samme måde som IKAROS demonstrere udfoldning, fremdrift og navigation. Målet er en position ca. 1,8 millioner km fra Jorden, hvor Sunjammer skal holde øje med rumvejret, der skabes af Solens aktivitet. Den primære funktion er dog selve afprøvningen af solsejls-konceptet. Sunjammer skal efter planen sendes ud i rummet i november næste år.

Ud af Solsystemet med solsejl

Men hvad er så fremtidsperspektiverne for solsejl?

Efter de indledende øvelser kan den første anvendelse være en rumsonde, der hurtigt kan bevæge
sig ud af Solsystemet. På NASA’s Marshall Space Flight Center i Huntsville i staten Alabama har forskerne i samarbejde med bl.a. NASA’s Jet Propulsion Laboratory i Californien skitseret en rummission, hvor et 0,25 kvadratkilometer stort solsejl sender en ubemandet sonde af sted ud i rummet.

Sollyset vil accelerere sonden til en fart på 90 km/s. Betydeligt hurtigere, end det i dag er muligt med en konventionel raket. Med den fart vil sonden hurtigt kunne overhale den hidtil fjerneste menneskeskabte udsending, Voyager 1, der forlod Jorden
i 1977. Hvis denne solsejlssonde var blevet afsendt
i 2010, ville den allerede i 2018 overhale Voyager 1. Den ville således kun have brugt otte år på at tilbagelægge samme afstand som Voyager 1 skulle bruge 41 år på.

Større solsejl giver mulighed for interessante rejsemål

Med et meget større sejl og ekstra skub fra en uhyre kraftig laser vil en sonde kunne opnå en langt større hastighed, f.eks. 30.000 km/s eller 10 % af lysets hastighed. Med den fart vil sonden i løbet af 43 år kunne flyve til den nærmeste stjerne, Proxima Centauri, der ligger i en afstand på 4,3 lysår. Herefter vil sondens billeder og målinger sendt som radiosignaler være 4,3 år om at nå tilbage til Jorden.

Et langt mere interessant rejsemål er den sollignende stjerne Epsilon Eridani, der ligger i en afstand på 10,8 lysår og som omkredses af mindst én planet. For at gennemføre rejsen på ca. samme tid som turen til Proxima Centauri, skal sejlet igen være større, og der skal skubbes betydeligt mere med laseren, så sonden kommer op på ca. 30 % af lysets hastighed. Det giver en rejsetid på 36 år samt 11 år for at få billeder og målinger sendt hjem.

Selvom interstellare rejser med solsejl stadig er science fiction, så er missioner som IKAROS og Sunjammer helt konkrete aktiviteter, der hjælper os med at gøre solsejl til science fact.