Mindannyian tisztában vagyunk a napvitorlák ötletével, hogy felfedezzük a Naprendszert, a Nap fénynyomásának felhasználásával. Van még egy meghajtórendszer, amely ki tudja használni a Nap erejét, az elektromos vitorlákat, és ez egy nagyon izgalmas ötlet.
Néhány héttel ezelőtt felvettem a kérdést, hogy valaki felvette a kedvenc egzotikus meghajtórendszereimmel, és felcsaptam néhány olyan elgondolást, amelyek izgalmasnak találhatók: napelemes vitorlák, nukleáris rakéták, ionmotorok stb. De létezik egy másik meghajtórendszer is, , és teljesen elfelejtettem megemlíteni, de ez az egyik legjobb ötlet, amelyet egy ideje hallottam: elektromos vitorlák.
Mint valószínűleg tudod, egy napelemes vitorla úgy működik, hogy kihasználja a Napból származó fény fotonjait. Noha a fotonok tömeg nélküliek, lendületük van, és továbbviszik azokat, amikor visszatükröződnek egy fényvisszaverő felületről.
A fényen kívül a Nap a töltött részecskék állandó áramlását is fújja - a napszél. A finnországi mérnökök egy csoportja, Pekka Janhunen vezetésével, javaslatot tett egy elektromos vitorla felépítésére, amely ezeket a részecskéket fogja felhasználni az űrhajók szállításához a Naprendszerbe.
Ahhoz, hogy megértsük, hogyan működik ez, be kell szúrnom néhány koncepciót az agyadba.
Először a Nap. Az a halálos sugárzási labda az égen. Mint valószínűleg tudod, folyamatosan töltött részecskék vannak, főleg elektronok és protonok, amelyek minden irányban elcsúsznak a Naptól.
A csillagászok nem teljesen biztosak abban, hogy hogyan, de a Nap koronájában, a felső légkörben lévõ valamilyen mechanizmus felgyorsítja ezeket a részecskéket a menekülési sebességgel. Sebességük 250 és 750 km / s között mozog.
A napszél elhalad a Naptól és az űrbe. Látjuk annak hatását a üstökösökre, megadva nekik jellegzetes farkaikat, és buborékot képez a Naprendszer körül, amelyet helioszféra néven ismernek. Ez az, ahol a Napból származó szél találkozik a Tejút többi csillagának kollektív napsugárral.
Valójában a NASA Voyager űrhajója nemrégiben haladt át ezen a téren, végül eljutva a csillagközi térbe.
A napenergia szél közvetlen nyomást okoz, mint egy tényleges szél, de hihetetlenül gyenge, a fénynyomás egy töredéke, amelyet egy napenergia vitorla tapasztal.
De a napenergia szél pozitív töltésű protonokat és elektronokat tartalmaz, és ez a kulcs.
Az elektromos vitorla úgy működik, hogy egy hihetetlenül vékony huzalt húz ki, mindössze 25 mikron vastag, de 20 km hosszú. Az űrhajó napelemekkel és egy elektronikus pisztollyal van felszerelve, amelynek futtatása csak néhány száz wattot igényel.
Az elektronok az űrbe való lövése révén az űrhajó rendkívül pozitív töltésű állapotot tart fenn. Mivel a Nap protonjai szintén pozitív töltésűek, amikor a pozitív töltésű hevederrel találkoznak, egy hatalmas akadályt látnak rajta 100 méterre az átjutáskor, és belekapaszkodnak.
Azáltal, hogy lendületet adnak a hevedernek és az űrhajónak, az ionok felgyorsítják azt a Naptól.
A gyorsulás mértéke nagyon gyenge, de a Nap állandó nyomása, és hosszú ideig összeadódhat. Például, ha egy 1000 kg-os űrhajón 100 ilyen vezetéke minden irányba kinyúlik, akkor másodpercenként 1 mm gyorsulást képes elérni.
Az első másodpercben 1 mm-rel halad, majd a következő másodpercben 2 mm-rel, stb. Egy év alatt ez az űrhajó 30 km / s sebességgel haladhatna. Összehasonlításképpen, a leggyorsabb űrhajó, a NASA Voyager 1 csak 17 km / s sebességgel halad. Tehát, sokkal gyorsabban, feltétlenül a Naprendszer menekülési sebességével.
A módszer egyik hátránya, hogy valójában nem működik a Föld magnetoszférájában. Tehát egy elektromos, vitorlával hajtott űrhajót egy hagyományos rakéta el kell szállítani a Földtől távol, mielőtt a vitorla kibontakozhat és a mély űrbe tud vezetni.
Biztos vagyok abban, hogy azon gondolkodik, vajon ez egyirányú út-e a Naptól való távolodáshoz, de valójában nem. Csakúgy, mint a napelemes vitorlák esetében, az elektromos vitorla elfordítható. Attól függően, hogy a vitorla melyik oldalára érkezik a napszél, emeli vagy csökkenti az űrhajó pályáját a Naptól.
Üsse le a vitorlát az egyik oldalról, és emeled a pályáját, hogy eljuthass a külső Naprendszerhez. De megüti a másik oldalt is, és leengedheti pályáját, lehetővé téve, hogy lefelé haladjon a belső Naprendszerbe. Hihetetlenül sokoldalú meghajtórendszer, és a Nap elvégzi az összes munkát.
Noha ez tudományos fantasztikusnak hangzik, valójában van néhány teszt a műben. 2013-ban elindított egy észt prototípus műholdat, de a motorja nem tudta kihúzni a hevedert. A finn Aalto-1 műholdat 2017 júniusában indították, és egyik kísérlete egy elektromos vitorla tesztelése.
Ezt az év későbbi szakaszában meg kell tudnunk, hogy a technika életképes-e.
Nem csak a finnek fontolgatják ezt a meghajtó rendszert. 2015-ben a NASA bejelentette, hogy odaítélték a II. Fázisú innovatív fejlett koncepciók támogatását Dr. Pekka Janhunen és csapata számára annak megvizsgálására, hogyan lehetne ezt a technológiát felhasználni a külső Naprendszer gyorsabb elérésére, mint más módszerek.
A Heliopause elektrosztatikus gyorsátmeneti rendszer, vagy a HERTS űrhajó kiterjesztené ezen elektromos feszítők 20-at a középpontból kifelé, egy hatalmas kör alakú elektromos vitorlát képezve, amely elkapja a napsugár szélét. Az űrhajó lassú elforgatásával a centrifugális erők kinyújtják a rögzítőelemeket ebbe a kör alakba.
Pozitív töltésével mindegyik heveder hatalmas akadályként viselkedik, mint a napszél, és így az űrhajó 600 négyzetkilométer tényleges felületű, amint a Földtől indul. Ahogy a Földtől távolabb esik, tényleges területe 1200 J2-es km-re megemelkedik, amíg eléri a Jupitort.
Amikor egy napelemes vitorla elveszti az energiát, az elektromos vitorla csak tovább gyorsul. Valójában tovább gyorsulna az Uránusz pályája mentén.
Ha a technológia megvalósul, a HERTS küldetése mindössze 10 év alatt elérheti a heliopause-t. A Voyager 1 35 évbe telt, hogy elérje ezt a távolságot, 121 csillagászati egységet a Naptól.
De mi lenne a kormányzéssel? Az egyes vezetékek feszültségének megváltoztatásával, amikor az űrhajó forog, az egész vitorla kölcsönhatásba léphet az egyik vagy a másik oldalon a napenergia szélével. Az egész űrhajót irányíthatja, mint a vitorlákat egy hajón.
2017 szeptemberében a finn meteorológiai intézettel foglalkozó kutatók egy meglehetősen radikális ötletet jelentettek be arról, hogyan lehetnek elektromos vitorlák felhasználásával átfogóan felfedezni az aszteroida övet.
Egyetlen űrhajó helyett 50 különálló, 5 kg-os műholdas flottát javasoltak. Mindegyik kihúzza a saját 20 km hosszú hevederét, és elkapja a Nap napsugárját. Egy 3 éves küldetés során az űrhajó az aszteroida öv felé utazna, és több különféle űrkövet meglátogat. A teljes flotta valószínűleg képes lenne 300 különálló tárgy felfedezésére.
Mindegyik űrhajót kis távcsővel látnánk el, csupán 40 mm-es nyílással. Ez körülbelül egy permetező hatótávolságot, vagy fél távcsövet jelent, de elegendő lenne, ha az aszteroida felületén 100 méter átmérőjű tulajdonságokat meg lehet oldani. Nekik van egy infravörös spektrométerük, hogy meg tudják határozni, mely ásványokból készülnek az egyes aszteroidák.
Ez nagyszerű módszer arra, hogy megtalálják a 10 trillió dolláros aszteroidát, amely szilárd platinaból készül.
Mivel az űrhajó túl kicsi lenne ahhoz, hogy visszajuthasson a Földre, az adatokat a fedélzeten kell tárolni, majd mindent továbbítaniuk, miután 3 évvel később eljutottak bolygónkon.
A bolygó tudósok, akikkel beszéltem, szeretik azt az elképzelést, hogy egyszerre tudjuk felmérni ezt a sok különféle tárgyat, és az elektromos vitorla ötlet az egyik leghatékonyabb módszer erre.
A kutatók szerint mintegy 70 millió dollárval képesek lennének elvégezni a missziót, és így mindegyik aszteroida elemzésének költségei mintegy 240 000 dollárra csökkennének. Ez olcsó lenne bármely más aszteroidák tanulmányozására javasolt módszerhez képest.
Az űrkutatás hagyományos kémiai rakétákat használ, mert ismertek és megbízhatók. Persze, hogy megvannak a hiányosságai, de a Naprendszeren át vezettek minket milliárd kilométerre a Földtől.
De a meghajtásnak más formái is vannak, például az elektromos vitorla. És az elkövetkező évtizedekben ezeket az ötleteket egyre inkább teszteljük. Üzemanyag mentes meghajtó rendszer, amely képes űrhajót szállítani a Naprendszer külső határain? Igen, kérem.
Ha még több elektromos vitorlát tesztelnek, felszólítom.
Podcast (audio): Letöltés (időtartam: 10:10 - 9,3 MB)
Feliratkozás: Apple Podcast | Android | RSS
Podcast (videó): Letöltés (időtartam: 10:10 - 69,3 MB)
Feliratkozás: Apple Podcast | Android | RSS
