شراع شمسي

الشراع الشمسي هو تطور غير مسبوق وجذري في مفهوم الصعود إلى الفضاء، إذا يعتمد على فكرة مقاومة الجاذبية الأرضية من خلال الاستفادة من أشعة الشمس الرقيقة، وتعتمد الفكرة على عكس فوتونات الضوء الساقطة على ألواح خاصة، الأمر الذي يولد حركة في هذا اللوح حسب قانون نيوتن الثالث في الاتجاه المعاكس.[1][2] والأبحاث والتجارب ما تزال مستمرة لتطوير التقنية التي قد يقدر لها أن تغير جميع مفاهيمنا الحالية عن الطيران والفضاء.

يعتبر القارب الشراعي نظيرًا للمركبات الفضائية الشراعية الشمسية؛ إذ تعتبر المرايا التي يبذل عليها الضوء قوةً، مشابهةً للشراع الذي تهب عليه الرياح. يمكن استخدام الأشعة الليزرية عالية الطاقة باعتبارها مصدرًا بديلًا للضوء، والتي ستبذل قوةً كبيرةً على الأشرعة الضوئية أكبر بكثير من القوة الناتجة عند استخدام ضوء الشمس، ويعرف هذا التصور بالإبحار الشعاعي. توفر المركبة الشراعية الشمسية إمكانية تنفيذ عمليات بتكلفة منخفضة مع فترات تشغيل طويلة. يمكن أن تستخدم هذه المركبات الفضائية الشراعية عدة مرات لتوصيل الحمولات؛ لأنها تحتوي على بعض الأجزاء المتحركة القليلة ولا تستخدم مواد دافعةً.

تستخدم الأشرعة الشمسية ظاهرةً لها آثار مثبتة ومقيسة على الديناميكا الهوائية. يؤثر الضغط الشمسي على كافة المركبات الفضائية، سواء كانت في الفضاء بين الكوكبي، أو في مدار حول أحد الكواكب أو الأجرام الصغيرة. فعلى سبيل المثال، ستُزاح المركبة الفضائية المتجهة إلى المريخ عادةً لمسافة آلاف الكيلومترات بسبب الضغط الشمسي، ولهذا يجب أن تُحسب آثار هذا الضغط في أثناء التخطيط لمسار الرحلة، وكانت هذه الحسابات تُجرى منذ وقت أول مركبة فضائية بين كوكبية في ستينيات القرن العشرين. يؤثر الضغط الشمسي أيضًا على وضعية المركبة الفضائية، وهو عامل يجب أن يدخل في تصميم المركبة.[3]

تصل إجمالي القوة المؤثرة على شراع شمسي بمساحة 800 × 800 متر، على سبيل المثال، إلى نحو 5 نيوتن عند مسافة الأرض من الشمس، ما يجعله نظامًا دافعًا منخفض الدفع، وهو نظام مشابه للمركبات الفضائية التي تحصل على قوة الدفع الخاصة بها باستخدام المحركات الكهربية، ولكن تظل هذه القوة المؤثرة ثابتةً تقريبًا؛ لأن المركبة الفضائية لا تستخدم مواد دافعةً، ويعتبر التأثير التراكمي لهذه القوى مع الوقت كبيرًا بالشكل الكافي الذي يجعلها طريقةً ممكنةً لدفع المركبات الفضائية.