Czasami trudno jest pamiętać, że NASA prowadzi również badania atmosferyczne. Amerykańska agencja kosmiczna, choć zwykle uważana za prowincję Narodowej Administracji Oceanów i Atmosfery (NOAA), ma również żywotny interes w badaniu naszej atmosfery i technologii, które nam to umożliwiają. W związku z tym program NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) zapewnił grant Fazy I zespołowi z University of Pennsylvania na opracowanie nowego typu napędu wykorzystującego tylko światło do zbierania danych w trudnej do eksploracji mezosferze Ziemi.

Mezosfera to część atmosfery, która rozciąga się od 50 km do 80 km i ma kilka wad dla obecnych technologii eksploracyjnych. Jest zbyt wysoko, aby mogły do ​​niego dotrzeć balony lub typowe samoloty, przez co standardowe technologie eksploracji na dużych wysokościach są niepraktyczne. Jest również zbyt niska dla satelitów, ponieważ ich orbita uległaby degradacji zbyt szybko w stosunkowo gęstej zupie cząsteczek, przez co inna typowa kosmiczna platforma czujnikowa również byłaby niepraktyczna. Jedynym sposobem, w jaki naukowcy byli w stanie ją zbadać, są rakiety badawcze, które przemierzają ją tylko przez kilka minut, zanim opadną z powrotem na Ziemię.

Wprowadź nową technologię z laboratorium dr Igora Bargatina, profesora inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Pensylwanii. Technologia wykorzystuje zjawisko znane jako lewitacja fotoforetyczna, aby unosić urządzenia po prostu uderzając je światłem.

Usuń wszystkie reklamy z Universe Today

Dołącz do naszego Patreona za jedyne 3 USD!

Korzystaj do końca życia bez reklam

Ta technologia napędu może brzmieć podobnie do tej stosowanej w żaglach słonecznych, ale delikatne warstwy folii stosowanej w żaglach słonecznych zginą straszliwą śmiercią w ziemskiej atmosferze. Efekt fotoforetyczny, który jest znany od prawie wieku, wykorzystuje ogrzewanie ciała stałego w porównaniu z otaczającym gazem jako siłę nośną. Jak stwierdza komunikat prasowy dr Bargatin na stronie internetowej NIAC: „The [photophoretic] siła tworzy siłę nośną w strukturach, które pochłaniają światło na dole, ale pozostają chłodne na górze”.

Wkład laboratorium dr Bargatin w tę stuletnią naukę polega na przeprowadzeniu pierwszej demonstracji systemu wykorzystującego tę technologię w makroskali. Wszystkie poprzednie próby odbywały się w skali mikrometrycznej, ponieważ siła podnoszenia jest wyjątkowo słaba, co utrudnia wywieranie znacznej siły na dowolny ładunek, do którego może być przymocowany.

Projekt laboratorium w dużej mierze opiera się na ciśnieniu, z jakim działają jego płyty, i tak się składa, że ​​mezosfera, której ciśnienie waha się od 1 do 100 paskali, trafia dokładnie w najsłodszy punkt, w którym działanie podnoszące jest najbardziej skuteczne, tworząc wystarczającą siłę nośną do trzymać centymetrową sondę w powietrzu, potencjalnie w nieskończoność. Nawet mając zaledwie kilka centymetrów, istnieje wiele zminiaturyzowanych czujników, które można umieścić na tej platformie w celu przekazywania danych, które wcześniej były dostępne tylko dla rakiet badawczych.

W rzeczywistości te mikroloty mogłyby potencjalnie pozostawać w powietrzu w nieskończoność, gdyby technologia została zmodyfikowana tak, aby wykorzystywać energię słoneczną i mieć cykl dnia / nocy, w którym zmieniałby się z wznoszenia w ciągu dnia na opadanie w nocy. Dr Bargatin i jego zespół uważają również, że technologię można nieco zmodyfikować, aby umożliwić ruch poziomy, umożliwiając platformie czujnikowej podróżowanie do dowolnego punktu w mezosferze przy użyciu jedynie światła jako źródła napędu.

Podobnie jak w przypadku wszystkich grantów NIAC, ta technologia jest wciąż na bardzo wczesnym etapie i jest jeszcze długa droga, zanim jakakolwiek misja z ładunkiem trafi do mezosfery. Jednak zważywszy, że dowód słuszności koncepcji został już ukończony i niedawno opublikowany, wydaje się prawdopodobne, że ten nowatorski rodzaj technologii napędowej może wkrótce znaleźć się na Słońcu.

Ucz się więcej:
NASA / UPenn – Napęd fotoforetyczny umożliwiający eksplorację mezosfery
Azadi i in. – Kontrolowana lewitacja nanostrukturalnych cienkich warstw do lotów kosmicznych zasilanych energią słoneczną
UT – Jaka jest atmosfera?
UT – Skład atmosfery ziemskiej
UT – Czy wiesz, że atmosfera ziemska rozciąga się poza orbitę Księżyca?

Główny obraz:|
Schemat systemu fotoforetycznego systemu czujników.
Kredyt – Igor Bargatin