Am gannoedd o flynyddoedd, mae bodau dynol wedi bod yn ymroddedig i archwilio dirgelion y bydysawd. Fodd bynnag, er mwyn cyflawni llywio rhyngserol, bydd y gofynion pŵer ar gyfer llongau gofod yn llymach. Er mwyn teithio i sêr dwsinau o flynyddoedd golau i ffwrdd, mae angen i ni gario llawer o danwydd, ond byddai hyn yn gwneud y llong ofod yn rhy drwm.
Gan fod llawer o rwystrau i gario tanwydd gyda chi, a yw'n bosibl teithio'n ysgafn a rhoi'r gorau i danwydd yn unig? Bellach mae opsiwn i gysylltu llong seren â hwyliad adlewyrchol enfawr a'i ddisgleirio â laser pwerus. Bydd momentwm y ffotonau yn gwthio'r llong ofod i ffracsiwn o gyflymder golau. Wrth farchogaeth ar y trawst, gall y daith hwylio ysgafn gyrraedd Proxima Centauri (Proxima Centauri yw'r seren agosaf at y ddaear ar ôl yr haul, tua 4.2 blwyddyn golau i ffwrdd oddi wrthym) o fewn ychydig ddegawdau.
Beth yw hwylio ysgafn? Mae hwylio ysgafn, a elwir hefyd yn hwyl solar neu hwylio ffoton, yn system gyrru llong ofod sy'n defnyddio pwysedd golau golau'r haul fel gyriant. Mae hwyliau ysgafn yn defnyddio pwysau ysgafn golau'r haul yn hytrach na'r pŵer a gynhyrchir gan bŵer solar.
Mae'r hwylio ysgafn yn lens ffilm denau anferth gyda thrwch o ddim ond un rhan o ddeg o wallt dynol. Gellir ei ddeall fel hwylio yn Oes y Darganfod. Mae'r hwylio ysgafn yn cynhyrchu pwysau ysgafn trwy dderbyn golau'r haul, gan wthio'r llong ofod i symud a chyflymu. Gan fod pwysedd ymbelydredd golau'r haul yn fach iawn, mae angen i'r hwylio ysgafn fynd trwy broses gyflymu hir, ond ei fantais yw y gellir ei ddefnyddio lle bynnag y mae golau'r haul neu olau seren arall, felly gall yn ddamcaniaethol gyflawni teithio rhyngserol hirdymor.
Fodd bynnag, mae angen datrys problemau adeiladu hwylio ysgafn ddigon mawr ac ysgafn a sut i'w hwylio ymlaen. Ar hyn o bryd, mae technoleg hwylio ysgafn yn dal i fod yn y cam ymchwil damcaniaethol, ac mae ei heriau peirianneg yn enfawr oherwydd gall hyd yn oed y problemau lleiaf fod yn anodd eu datrys ar draws degawdau o flynyddoedd golau.
O ran sefydlogrwydd hwyliau golau a yrrir gan laser, trafododd papur diweddar sut i gydbwyso'r hwylio ysgafn ar y trawst laser. Er y gellir pwyntio laser yn uniongyrchol at seren, neu leoliad y seren ddegawdau'n ddiweddarach, dim ond os yw'n berffaith gytbwys y gall yr hwylio ysgafn ddilyn y trawst. Os yw'r hwylio ysgafn ychydig yn gogwyddo o'i gymharu â'r trawst, bydd y golau laser adlewyrchiedig yn rhoi ychydig o wthio ochrol i'r hwylio ysgafn. Ni waeth pa mor fach yw'r gwyriad hwn, bydd yn cynyddu dros amser, gan achosi i lwybr yr hwylio ysgafn wyro oddi wrth y targed yn barhaus. Ni allwn byth alinio hwylio ysgafn yn berffaith, felly mae angen rhywfaint o ffordd i gywiro ar gyfer gwyriadau bach.
Yn y bôn, mae rocedi traddodiadol yn defnyddio gyrosgopau mewnol i sefydlogi'r roced a defnyddio'r injan i addasu byrdwn yn ddeinamig i adfer cydbwysedd. Ond mae systemau gyrosgop yn rhy swmpus ar gyfer hwyliau golau rhyngserol, a byddai addasiadau i'r trawst yn cymryd misoedd neu flynyddoedd i gyrraedd yr hwyl ysgafn, gan wneud newidiadau cyflym yn amhosibl. Ond mae'r papur yn cynnig defnyddio tric ymbelydredd o'r enw Poynting. -Robertson effaith.
Mae effaith Poynting-Robertson yn cyfeirio at y ffenomen bod gronynnau mewn gofod rhyngblanedol yn cael eu llusgo tuag at yr haul ac yn symud o gwmpas yr haul oherwydd rhyngweithio ag ymbelydredd solar. Mae'n cael ei achosi gan gronynnau amsugno ac allyrru ymbelydredd, felly fe'i gelwir hefyd yn effaith pwysau ysgafn sy'n achosi gronynnau llwch i ddisgyn yn araf i'r haul ar hyd orbit troellog. Mae dwyster yr effaith hon yn gymesur â chyflymder llinellol y llwch o amgylch yr haul ac â dwyster ymbelydredd solar.
Felly sut mae defnyddio effaith Poynting-Robertson i gadw ein synhwyrydd hwylio ysgafn ar y cwrs? Gan dybio bod y trawst yn don awyren monocromatig syml (mae laserau go iawn yn fwy cymhleth), mae'r awduron yn dangos sut y gall system dwy-hwylio syml ddefnyddio effeithiau symudiad cymharol i gadw'r grefft yn gytbwys. Pan fydd yr hwyl yn gwyro ychydig oddi ar y cwrs, mae'r grym adfer o'r trawst yn ei ganslo. Mae hyn yn profi bod y cysyniad yn ymarferol. Ond dros amser, daw effeithiau perthynol i'r amlwg hefyd. Mae ymchwil flaenorol wedi cymryd i ystyriaeth effaith Doppler o fudiant cymharol, ond mae'r astudiaeth hon yn dangos bod fersiwn berthynolaidd o aberration cromatig hefyd yn dod i rym. Mae angen ystyried yr ystod lawn o effeithiau perthnaseddol mewn dyluniadau gwirioneddol, sy'n gofyn am fodelu cymhleth a thechnegau optegol. Felly mae hwyliau ysgafn yn dal i ymddangos yn ffordd bosibl o gyrraedd sêr. Dim ond bod yn rhaid inni fod yn ofalus i beidio â diystyru'r heriau peirianneg.
