Satelita waży zaledwie 4 kg, ale po to, by mógł swobodnie żeglować, został wyposażony w żagle o powierzchni 10 mkw. W przestworzach, a konkretnie na niskiej orbicie okołoziemskiej, będzie przebywał kilka miesięcy. Będzie krążył wokół Ziemi. NanoSail-D jest pierwszym satelitą korzystającym z napędu słonecznego. Inżynierowie z instytutów kosmicznych uważają, że ta technologia będzie w przyszłości szeroko wykorzystywana.

Jak to działa?
Wiatr jest dla człowieka czymś znacznie więcej niż chaotycznym ruchem cząsteczek powietrza. Wiedza o tym, że jest nieograniczonym źródłem energii, jest chyba stara jak świat. Wiatr od zawsze daje wolność, a w żaglach – nieograniczone możliwości. Dzisiaj żaglowce nie są już tak popularne jak kiedyś, ale… dzięki zupełnie innemu, ale jednak żaglowcowi, w przyszłości będziemy zdobywali kosmos. Brzmi to jak czysta fantazja, ale na pewno nią nie jest. Inżynierowie już od jakiegoś czasu chcą, by energia światła emitowanego przez Słońce napędzała międzyplanetarny statek kosmiczny. Nie chodzi o zamianę energii słonecznej np. na elektryczną. Naukowcy chcą, by statki napędzał pęd cząsteczek światła, tak jak zupełnie tradycyjne żaglowce są napędzane przez cząsteczki powietrza.

Idea działania żaglowca jest dziecinnie prosta. Fotony z prędkością światła (300 tys. kilometrów na sekundę) uderzając w żagle, stanowią stałą siłę ciągu dla statku. Można zatem powiedzieć, że to ciśnienie światła popycha i porusza kosmiczny żaglowiec. Czy będzie on sterowalny, skoro „wiatr” fotonów ma tylko jeden kierunek (od Słońca na zewnątrz Układu Słonecznego)? Oczywiście, że tak. Nie sposób odnieść się do doświadczeń „naziemnych” żeglarzy, znają oni przecież sposoby zmiany kierunku i szybkości płynącego statku, mimo że wiatr może wiać ze stałą siłą w tym samym kierunku (w języku żeglarzy takie manewry nazywają się halsowaniem). Za blisko i za mało Kosmiczne żaglowce, startując z Ziemi, będą oczywiście miały zwinięte żagle. Te będą rozkładane dopiero w kosmosie, np. za pomocą nadmuchiwanych dźwigarów, tworząc coś w rodzaju sztywnej konstrukcji, rusztowania – by nie powiedzieć masztu. W kosmos takie „zwinięte w kulkę” satelity są, a w zasadzie będą, bo na razie udało się to zrobić dopiero raz, wystrzeliwane tak jak „zwykłe” satelity, czyli w kapsułach rakiet nośnych. Gdy kapsuła znajdzie się na odpowiedniej orbicie, statek zacznie rozwijać żagle. Gdy zrobi to zbyt nisko, bardzo rozrzedzona ziemska atmosfera będzie stawiała opór i żaglowiec nigdzie nie poleci. Gdy statek ruszy, będzie mógł zwiększać swoją odległość od Ziemi.

Jak daleko będzie można pożeglować w kosmosie? Najbliższa prawdzie jest odpowiedź „nie wiadomo”. Na pewno nie chodzi o podróże międzygalaktyczne. Choć z symulacji komputerowych wynika, że kosmiczny latawiec będzie poruszał się szybciej niż sondy, jakie dzisiaj penetrują Układ Słoneczny, dystanse pomiędzy galaktykami są tak ogromne, że ich przemierzenie jest całkowicie nierealne. Nie ma szans, żeby żaglowa sonda poruszała się nawet pomiędzy układami planetarnymi w naszej galaktyce. Co więcej, wiadomo nawet, że będą duże kłopoty z dotarciem do wszystkich zakątków Układu Słonecznego. Problem polega na tym, że im dalej od Słońca, tym mniejsza ilość fotonów będzie uderzać w żagle. Siła ciągu z odległością w głąb Układu Słonecznego będzie maleć. Oblicza się, że statek o powierzchni żagli równej kilkuset metrów kwadratowych będzie mógł swobodnie podróżować jedynie od orbity Merkurego (ok. 60 mln kilometrów od Słońca) do orbity Jowisza (czyli niecałe 800 milionów kilometrów od Słońca).

Bliżej Słońca niż Merkury jest za gorąco, a dalej niż za orbitą Jowisza po prostu za ciemno. Na razie nie znaleziono sposobu na poruszanie się na większe odległości. Być może konieczna jest inna konstrukcja pojazdu, może konieczne byłyby większe żagle, a może niezbędne byłoby wyposażenie statku w drugi napęd, który włączałby się dopiero wtedy, gdyby „zabrakło” fotonów ze Słońca (żaglowiec z silnikiem). Jest jeszcze jeden pomysł, ale bardzo trudno powiedzieć, czy realny czy fantastyczny (na granicy bajki). Konstruktorzy z Planetary Society wpadli na pomysł, by w kosmiczne żagle… strzelać laserem. Wtedy dalej wywierane byłoby na żagle ciśnienie cząsteczek światła umożliwiające ruch. W ten sposób – co podkreślają konstruktorzy – zasięg statku można by powiększyć praktycznie bez ograniczeń i przede wszystkim zachowana byłaby idea żeglowania w kosmosie.

Jaka będzie przyszłość?
Zasięg i powierzchnia żagli to niejedyne problemy. Kolejny to masa sondy. Statek o kilkusetmetrowej powierzchni żagli nie może ważyć więcej niż kilkadziesiąt (najlepiej nie więcej niż 50–60) kilogramów. To mało jak na sondę kosmiczną. Większa masa wiązałaby się ze zmniejszeniem zasięgu. Siłą rzeczy na razie można zapomnieć o transporcie tą techniką ludzi, czy chociażby dużych ilości sprzętu badawczego. Liczy się każdy gram. Żagle kosmicznego statku muszą być zatem bardzo lekkie, niezwykle wytrzymałe i – co jest warunkiem ich poprawnego działania – muszą odbijać światło tak jak lustro. Materiał ten musiał być także niezwykle cienki, aby nie zajmował zbyt wiele miejsca po złożeniu. Te warunki zdaje się spełniać metalizowany materiał poliestrowy nazwany Mylar – jest ok. 5 razy cieńszy od materiału, z którego zrobione są foliowe torebki śniadaniowe.

Komplikacji jest sporo, ale na tym etapie prac nie wolno się poddawać. Wystarczy spojrzeć na pierwszy samolot braci Wright (leciał kilkanaście sekund) i na dzisiaj latające odrzutowce. Dziś nie chodzi o to, by zbudować statek zdolny do przelotów pomiędzy planetami, ale by sprawdzić, czy technologia kosmicznego żaglowca w ogóle działa. Sporo pisałem o wadach kosmicznych żaglowców. Jakie są ich zalety? Nie ma w nich silnika, a więc nie ma się w nich co popsuć. Jak na warunki kosmiczne technologia jest tania. Mowa zarówno o konstrukcji statku, jak i o kosztach jego umieszczenia na orbicie. Nie bez znaczenia jest także to, że brak paliwa oznacza większe bezpieczeństwo, zarówno w czasie budowy, umieszczania na orbicie, jak i samej misji. Dużym atutem jest również fakt, że słoneczne żaglowce będą się poruszać z bardzo dużą prędkością. Być może nawet 10 razy większą niż najszybszych sond napędzanych w sposób konwencjonalny.

W praktyce oznaczałoby to olbrzymią oszczędność czasu w badaniach kosmosu. Dalekie krańce Systemu Słonecznego (przy założeniu, że uda się rozwiązać problem zasięgu) byłyby dostępne nie w ciągu lat, ale miesięcy, a podróże do najbliższych gwiazd zajmowałyby lata, a nie wieki. Znikające światy W kwestii żeglowania w kosmosie jest jeszcze wiele znaków zapytania. Problemy związane z dynamiką ruchu statku są praktycznie nie do rozwiązania na Ziemi. Tutaj nie można nawet przetestować wszystkich podzespołów. Dlatego takie próby jak ostatnia NanoSail-D są tak ważne. Kilka tygodni temu w kosmos poleciał statek bliźniaczy do NanoSail-D, ale na orbicie doszło do awarii i nie rozwinęły się słoneczne żagle.

Trzeba też rozwiązać problem małych meteorytów, które poruszając się bardzo szybko, potrafią zniszczyć struktury dużo odporniejsze niż cieniutkie folie żagli słonecznych. Nie sposób się przed tym chronić. Jedyne wyjście to stworzyć materiał, który będzie nie tylko lekki, cienki i odbijający światło, ale na dodatek wytrzymały. Taki, który nie podrze się zaraz po tym, gdy meteoryt zrobi w nim dziurę. Ujarzmienie wiatrów i budowa żaglowców umożliwiły odkrywanie na Ziemi nowych lądów. Czy odkryjemy nowe lądy, ujarzmiając światło? Swoją drogą widok kosmicznego żaglowca przemierzającego bezszelestnie wszechświat będzie niesamowity. W żaglach opartych na olbrzymich rozmiarów konstrukcji, a równocześnie tak cienkich jak pajęczyna, odbijać się będzie jak od tafli lustra światło Słońca. W tym odbiciu będzie być może widać także Niebieską Planetę. To, co znane, będzie jednak coraz mniejsze i mniejsze, aż zniknie. Tak jak kiedyś znikał widok znajomych portów, gdy żeglarze wyruszali w daleką podróż.