Olemme kaikki tuttuja auringon purjeiden ideasta tutkia aurinkokuntaa käyttämällä aurinkoista valonpainetta. Mutta on olemassa toinen käyttövoimajärjestelmä, joka voi käyttää Auringon voimaa, sähköpurjeet ja se on aika jännittävä idea.
Muutama viikko sitten käsittelin jonkun kysymystä suosituimmista eksoottisista käyttövoimajärjestelmistäni ja ravisin muutamia mielenkiintoisia ideoita: aurinkopurjeet, ydinraketit, ionimoottorit jne. , ja unohdin mainita, mutta se on yksi parhaista ideoista, joita olen jo jonkin aikaa kuullut: sähköpurjeet.
Kuten todennäköisesti tiedät, aurinkopurje toimii hyödyntämällä auringosta virtaavan valon fotoneja. Vaikka fotonit ovat massattomia, niillä on vauhtia ja ne voivat siirtää sen, kun ne palautuvat heijastavasta pinnasta.
Valon lisäksi aurinko puhaltaa myös tasaisen varautuneiden hiukkasten virran - aurinko tuulen. Suomalainen insinööriryhmä, jota johtaa Dr. Pekka Janhunen, on ehdottanut sähköpurjeen rakentamista, joka käyttää näitä hiukkasia avaruusalusten kuljettamiseen aurinkokuntaan.
Jotta ymmärrän, miten tämä toimii, minun on juotettava muutamia käsitteitä aivoihisi.
Ensinnäkin aurinko. Tuo tappava säteilypallo taivaalla. Kuten todennäköisesti tiedät, siellä on tasainen varautuneiden hiukkasten, lähinnä elektronien ja protonien, virtaus auringosta kaikkiin suuntiin.
Tähtitieteilijät eivät ole täysin varmoja kuinka, mutta jokin auringon koronan mekanismi, sen yläilmakehitys, kiihdyttää näitä hiukkasia poistumisnopeudella. Niiden nopeus vaihtelee välillä 250–750 km / s.
Auringon tuuli kulkee pois auringosta ja ulos avaruuteen. Näemme sen vaikutukset komeetoihin, antaen heille ominaiset hännänsä, ja se muodostaa kuplan aurinkokunnan ympärille, joka tunnetaan heliosfäärinä. Tässä auringon aurinkotuuli kohtaa Linnunradan muiden tähtien kollektiiviset aurinkotuulet.
Itse asiassa NASA: n Voyager-avaruusalus lähti äskettäin läpi tämän alueen, saaden lopulta tiensä tähtien väliseen avaruuteen.
Auringon tuuli aiheuttaa suoran paineen, kuten todellinen tuuli, mutta se on uskomattoman heikko, murto-osa aurinkojen purjeen koettavasta paineesta.
Mutta aurinkotuuli sisältää positiivisesti varautuneiden protonien ja elektronien virran, ja tämä on avain.
Sähköpurje toimii kelaamalla uskomattoman ohut lanka, vain 25 mikronin paksu, mutta 20 kilometriä pitkä. Avaruusalus on varustettu aurinkopaneeleilla ja elektronipistoolilla, jonka kulku kestää vain muutama sata wattia.
Ammuttamalla elektronia avaruuteen, avaruusalus ylläpitää erittäin positiivisesti varautunutta tilaa. Koska auringon protonit ovat myös positiivisesti varautuneita, kun he kohtaavat positiivisesti varautuneen sidoksen, he “näkevät” sen valtavan esteen 100 metriä poikki ja törmäävät siihen.
Antamalla vauhtansa jako- ja avaruusaluksille, ionit kiihdyttävät sitä poispäin auringosta.
Kiihdytyksen määrä on erittäin heikko, mutta se on jatkuvaa aurinkopainetta ja voi kasvaa pitkän ajan kuluessa. Esimerkiksi, jos 1000 kg: n avaruusaluksessa olisi 100 näistä johdoista, jotka ulottuvat kaikkiin suuntiin, se voisi saada kiihtyvyyden 1 mm sekunnissa sekunnissa.
Ensimmäisen sekunnin aikana se kulkee 1 mm, sitten seuraavan sekunnin aikana 2 mm jne. Avaruusaluksen nopeus voisi vuoden kuluessa olla 30 km / s. Vertailun vuoksi, siellä nopein avaruusalus, NASA: n Voyager 1, on vain nopeudella 17 km / s. Joten, paljon nopeammin, ehdottomasti poistumisnopeudella aurinkokunnasta.
Yksi menetelmän heikoimmista puolista on, että se ei toimi maan magnetsfäärissä. Joten sähköinen purjekäyttöinen avaruusalus olisi kuljetettava perinteisen raketin päässä maapallosta, ennen kuin se voi purjehtia purjeensa ja suuntautua syvään avaruuteen.
Olen varma, että ihmettelet, onko tämä yksisuuntainen matka päästä pois auringosta, mutta se ei oikeastaan ole. Aivan kuten aurinkopurjeilla, myös sähköpurjeet voidaan kääntää. Riippuen siitä, kummalta purjeen puolelta aurinkotuuli osuu, se joko nostaa tai laskee avaruusaluksen kiertorataa auringosta.
Lyö purjeet toiselta puolelta ja nostat sen kiertorataa matkustaaksesi ulkoiseen aurinkokuntaan. Mutta voit myös iskeä toiselle puolelle ja laskea sen kiertoradalle, jolloin se voi kulkea alaspäin sisäiseen aurinkokuntaan. Se on uskomattoman monipuolinen käyttövoimajärjestelmä, ja aurinko tekee kaiken työn.
Vaikka tämä kuulostaa tieteiskirjallisuudelta, teoksissa on tosiasiallisesti joitain testejä. Virolainen prototyyppisatelliitti lanseerattiin takaisin vuonna 2013, mutta sen moottori ei pystynyt kelaamaan kiinnitystä. Suomalainen Aalto-1-satelliitti avattiin kesäkuussa 2017, ja sen yksi kokeilu on sähköpurjeen testaaminen.
Meidän pitäisi selvittää, onko tekniikka kannattava myöhemmin tänä vuonna.
Tätä käyttövoimaa ei harkitse vain suomalaiset. Vuonna 2015 NASA ilmoitti antaneensa vaiheen II innovatiivisten edistyneiden konseptien apurahan tohtori Pekka Janhunenille ja hänen tiimilleen tutkiakseen, kuinka tätä tekniikkaa voitaisiin käyttää ulompaan aurinkojärjestelmään lyhyemmässä ajassa kuin muilla menetelmillä.
Heliopause-sähköstaattinen nopea siirtojärjestelmä tai HERTS-avaruusalus ulottuisi 20 näistä sähkökiinnikkeistä keskustasta ulospäin, muodostaen valtavan pyöreän sähköpurjeen aurinko tuulen saaliiksi. Kiertämällä avaruusalusta hitaasti, keskipakoisvoimat venyttävät kiinnityskappaleet tähän pyöreään muotoon.
Positiivisella varauksellaan jokainen nauha toimii kuin valtava este aurinkotuulelle, jolloin avaruusaluksen tehokas pinta-ala on 600 neliökilometriä heti, kun se laukeaa maan päältä. Kun se tulee kauemmaksi, maasta, sen tehollinen pinta-ala kasvaa vastaavaksi 1200 neliökilometriä, kun se saavuttaa Jupiterin.
Kun aurinkopurje alkaa menettää virtaa, sähköpurje vain kiihtyy. Itse asiassa se kiihdyttäisi edelleen Uranuksen kiertoradan yli.
Jos tekniikka toimii, HERTS-operaatio voi saavuttaa heliopauksen vain 10 vuodessa. Voyager 1 35 vuotta saavutti tämän etäisyyden, 121 tähtitieteellistä yksikköä auringosta.
Entä ohjaus? Vaihtamalla kunkin johtimen jännitettä avaruusaluksen pyöriessä, saatat olla koko purjeen vuorovaikutuksessa toisella tai toisella puolella aurinkotuulen kanssa. Voit ohjata koko avaruusalusta kuin purjeet veneessä.
Syyskuussa 2017 tutkijaryhmä yhteistyössä Ilmatieteen laitoksen kanssa ilmoitti melko radikaalin idean siitä, kuinka he voisivat käyttää sähköpurjeita tutkiakseen kattavasti asteroidihihnaa.
Yhden avaruusaluksen sijaan he ehdottivat 50 erillisen 5 kg: n satelliitin laivaston rakentamista. Jokainen kelaisi ulos oman 20 km: n pituisen nauhansa ja kiinni Auringon aurinkotuulista. Kolmen vuoden tehtävän aikana avaruusalus matkusti asteroidivyölle ja vieraili useilla eri avaruuskivillä. Koko laivasto todennäköisesti pystyisi tutkimaan 300 erillistä kohdetta.
Jokainen avaruusalus varustetaan pienellä kaukoputkella, jossa on vain 40 mm aukko. Se on tarkkailualueen tai puoli kiikariparin kokoa, mutta riittäisi ratkaisemaan asteroidin pinnalla olevat piirteet, jotka ovat niin pieniä kuin 100 metriä. Heillä olisi myös infrapunaspektrometri, joka pystyisi määrittämään mistä mineraalista kukin asteroidi on valmistettu.
Se on loistava tapa löytää kyseinen 10 biljoonaa dollaria asteroidi, joka on valmistettu kiinteästä platinasta.
Koska avaruusalukset olisivat liian pieniä kommunikoidakseen aina takaisin Maahan, heidän on tallennettava tiedot alukselle ja lähetettävä sitten kaikki, kun ne ovat tulleet planeettamme ohi 3 vuotta myöhemmin.
Planettatutkijat, joiden kanssa olen puhunut, rakastavat ajatusta pystyä tutkimaan tätä monta eri kohdetta samanaikaisesti, ja sähköpurjeidea on yksi tehokkaimmista menetelmistä sen tekemiseen.
Tutkijoiden mukaan he voisivat suorittaa tehtävän noin 70 miljoonalla dollarilla, jolloin kunkin asteroidin analysointikustannukset laskivat noin 240 000 dollariin. Se olisi halpaa verrattuna mihinkään muuhun asteroidien tutkimiseksi ehdotettuun menetelmään.
Avaruustutkimuksessa käytetään perinteisiä kemiallisia raketteja, koska ne ovat tunnettuja ja luotettavia. Toki heillä on puutteita, mutta he ovat vieneet meidät aurinkokunnan yli miljardien kilometrien päähän maapallosta.
Mutta teoksissa on myös muita käyttövoiman muotoja, kuten sähköpurje. Ja tulevina vuosikymmeninä tulemme näkemään yhä enemmän näistä ideoista koetta. Polttoaineeton käyttövoimajärjestelmä, joka voi kuljettaa avaruusaluksen aurinkokunnan ulkopuolelle? Kyllä kiitos.
Pidän sinut postissa, kun uusia sähköpurjeita testataan.
Podcast (ääni): Lataa (kesto: 10:10 - 9,3 Mt)
Tilaa: Apple Podcastit | Android | RSS
Podcast (video): Lataa (kesto: 10:10 - 69,3 Mt)
Tilaa: Apple Podcastit | Android | RSS
