Wat is een zonnezeil?
Net zoals zeelieden in vroeger dagen zullen kosmische avonturiers wellicht ook zeilen gaan gebruiken om tussen de sterren te reizen. Anders dan de wind van de oceanen zullen toekomstige ruimtereizigers gebruik maken van het licht van Zon en sterren om hun zonnezeil te kunnen gebruiken.
Hoe werkt een zonnezeil?
Zonnezeilen zijn een aandrijfmethode voor ruimtevaartuigen die gebruik maakt van een vreemde eigenaardigheid van fotonen. Fotonen zijn lichtdeeltjes die geen massa hebben maar die toch, als ze ergens op inslaan, een momentum hebben en kunnen zorgen voor een kleine druk. Steeds als je buiten in het zonlicht bent word je een beetje verplaatst door fotonen maar hun kracht is ontzettend klein en je lichaam merkt er helemaal niks van.
Maar in de ruimte is dat allemaal een beetje anders. De wetten van de natuurkunde zeggen dat iedere reactie een gelijke en tegengestelde reactie oplevert. Dus als fotonen van de Zon op een ruimteschip botsen dan beweegt dat ruimteschip ook een heel klein beetje weg van de Zon. Met een enkel foton is die kans verwaarloosbaar maar een grote verzameling fotonen kan wel degelijk voor een behoorlijke voortstuwing zorgen.
Plaats een groot, spiegelachtig vlak voor een ruimteschip en de kracht van de Zon zal het voorwaarts duwen. Om het zonlicht op te vangen en er mee te kunnen zeilen en sturen moet het materiaal sterk en heel erg dun zijn. Deze technologie heeft voordelen boven andere aandrijvingsmethodes omdat het ruimteschip geen brandstof hoeft mee te nemen. Het maakt namelijk gebruik van het gratis beschikbare licht van de sterren.
Omdat ze voortdurend worden voortbewogen door de Zon kunnen door zonnezeilen aangedreven ruimtevaartuigen tijdens hun reis naar de rand van het zonnestelsel constant versnellen. Ze kunnen veel grotere snelheden bereiken dan door chemische brandstof aangedreven raketten. Zonnezeilen kunnen zelfs worden aangedreven door gigantische bundels van laserstralen.
Voorbeelden van zonnezeilen
In 1974 testte de NASA voor het eerst het concept van zeilen op het licht van de Zon met behulp van de Mariner 10. Deze was ontworpen om scheervluchten te maken langs Venus en Mercurius. Toen de verkenner zonder brandstof kwam te zitten werden de zonnepanelen met de juiste hoek op de Zon gericht waardoor de ruimtesonde verder kon reizen.
Het eerste door mensen gemaakte zonnezeil dat een succesvolle vlucht maakte was het Japanse IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation of the Sun). Dit 14 meter grote zeil werd in juni 2010 ontvouwt en de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA bewees dat het de richting en de oriëntatie van het zeil kon veranderen vanaf de Aarde.
Ook in 2010 lanceerde de NASA het kleine NanoSail. Dit was een demonstratiemissie met een diamantvormig zeil met een doorsnede van 3 meter. Het zeil werd in 2011 ontvouwen en draaide gedurende acht maanden om de Aarde heen voordat het weer in de atmosfeer verbrandde. Dit soort zeilen zijn uitermate geschikt voor kleine satellieten die geen tot weinig plaats hebben om brandstof mee te nemen.
In 2015 lanceerde de Planetary Society het LightSail 1 in een baan om de Aarde. Dit zonnezeil had een oppervlakte van 32 vierkante meter. De missie kon een paar selfies maken maar werd geplaagd door technische problemen en een paar weken na de lancering stopte LightSail 1 met het uitzenden van signalen en verbrandde het in de atmosfeer van de Aarde.
De Planetary Society zit echter niet bij de pakken neer en heeft zijn hoop gevestigd op de LightSail 2 missie. Deze missie is eind juni 2019 gelanceerd. LightSail 2 heeft de grootte van een brood en moet een zeil ontvouwen dat net zo groot is als zijn voorganger. Volgens de Planetary Society zal er ooit een dag komen dat door zonnezeilen aangedreven ruimteschepen naar de rand van ons zonnestelsel en verder kunnen reizen.
Dat is precies wat het Breakthrough Starshot Initiative wil doen, lichtgewicht ruimtesondes ter grootte van een microchip naar Alpha Centauri, de dichtstbijzijnde ster sturen. Deze ster is 4,3 lichtjaar van ons verwijderd. Deze missie werd in 2016 aangekondigd. Men wil 100 miljoen dollar investeren om te onderzoeken of een enorme laser die op de Aarde staat in staat is de microchip dermate te versnellen dat die met een snelheid van 20% van de lichtsnelheid in slechts 20 jaar Alpha Centauri kan bereiken.
Eerste publicatie: 5 juli 2019