Cu toții suntem familiarizați cu ideea de pânze solare pentru a explora Sistemul Solar, folosind presiunea luminii de la Soare. Dar există un alt sistem de propulsie care ar putea valorifica puterea Soarelui, vele electrice și este o idee destul de interesantă.
Cu câteva săptămâni în urmă, am abordat o întrebare pe care cineva o avea despre sistemele mele de propulsie exotică preferate și am eliminat câteva idei care mi se par interesante: pânze solare, rachete nucleare, motoare cu ioni, etc. Dar există un alt sistem de propulsie care continuă să se ridice. și am uitat total să menționez, dar este una dintre cele mai bune idei pe care le-am auzit în timp: pânzele electrice.
După cum probabil știți, o vela solară funcționează prin valorificarea fotonilor de lumină care curg de la Soare. Deși fotonii sunt lipsiți de masă, ei au un impuls și îl pot transfera atunci când sar de pe o suprafață reflectorizantă.
În plus față de lumină, Soarele aruncă și un flux constant de particule încărcate - vântul solar. O echipă de ingineri din Finlanda, condusă de dr. Pekka Janhunen, și-a propus construirea unei vele electrice care va folosi aceste particule pentru a transporta nave spațiale în Sistemul Solar.
Pentru a înțelege cum funcționează, va trebui să încâlcesc câteva concepte în creierul tău.
În primul rând, Soarele. Mingea aceea mortală de radiații pe cer. După cum probabil știți, există un flux constant de particule încărcate, în principal electroni și protoni, care se depărtează de Soare în toate direcțiile.
Astronomii nu sunt deloc siguri cum, dar un anumit mecanism din corona Soarelui, atmosfera sa superioară, accelerează aceste particule pe o viteză de evadare. Viteza lor variază de la 250 la 750 km / s.
Vântul solar călătorește departe de Soare și în spațiu. Îi vedem efectele asupra cometelor, oferindu-le cozile caracteristice și formează o bulă în jurul sistemului solar cunoscut sub numele de heliosferă. Aici vântul solar de la Soare întâlnește vânturile solare colective de la celelalte stele din Calea Lactee.
De fapt, nava spațială Voyager a NASA a trecut recent prin această regiune, făcându-și în cele din urmă drum spre spațiul interstelar.
Vântul solar provoacă o presiune directă, precum un vânt real, dar este incredibil de slab, o fracțiune din presiunea lumină pe care o experimentează o vela solară.
Dar vântul solar conține un flux de protoni și electroni încărcați pozitiv, iar aceasta este cheia.
O pânză electrică funcționează prin extragerea unui fir incredibil de subțire, de doar 25 microni grosime, dar lung de 20 de kilometri. Nava spațială este echipată cu panouri solare și un pistol cu electroni care durează doar câteva sute de wați.
Prin tragerea electronilor în spațiu, nava spațială menține o stare de încărcare extrem de pozitivă. Deoarece protonii de la Soare sunt, de asemenea, încărcați pozitiv, atunci când întâlnesc legătura încărcată pozitiv, „o văd” un obstacol imens la 100 de metri și se prăbușesc în el.
Impunându-și impulsul în legătura și nava spațială, ionii o accelerează departe de Soare.
Cantitatea de accelerație este foarte slabă, dar este presiunea constantă a Soarelui și se poate adăuga pe o perioadă lungă de timp. De exemplu, dacă o navă spațială de 1000 kg avea 100 dintre aceste fire extinse în toate direcțiile, aceasta ar putea primi o accelerație de 1 mm pe secundă pe secundă.
În prima secundă se deplasează 1 mm, apoi 2 mm în următoarea secundă, etc. Pe parcursul unui an, această navă spațială ar putea merge cu 30 km / s. Spre comparație, cea mai rapidă navă spațială de acolo, Voyager 1 a NASA, merge doar cu aproximativ 17 km / s. Deci, mult mai repede, cu siguranță pe o viteză de evadare din Sistemul Solar.
Unul dintre dezavantajele metodei este, de fapt, că nu va funcționa în magnetosfera Pământului. Așadar, o navă spațială electrică care funcționează cu vele ar trebui să fie transportată de o rachetă tradițională departe de Pământ înainte de a-și putea desfunda velul și să se îndrepte spre spațiul adânc.
Sunt sigur că vă întrebați dacă este vorba despre o călătorie unică pentru a vă îndepărta de Soare, dar de fapt nu. La fel ca în cazul pânzelor solare, o pânză electrică poate fi pivotată. În funcție de ce parte a velei bate vântul solar, acesta ridică sau coboară orbita navei spațiale de la Soare.
Strângeți vela pe o parte și ridicați orbita sa pentru a călători către sistemul solar exterior. Dar, de asemenea, puteți lovi cealaltă parte și coborâți orbita acesteia, permițându-i să călătorească în sistemul solar interior. Este un sistem de propulsie incredibil de versatil, iar Soarele face toate lucrările.
Deși acest lucru pare a fi ficțiunea științifică, în lucrări există de fapt unele teste. Un prototip satelit estonian a fost lansat în 2013, dar motorul său nu a reușit să scoată legătura. Satelitul finlandez Aalto-1 a fost lansat în iunie 2017, iar unul dintre experimentele sale este testarea unei vele electrice.
Ar trebui să aflăm dacă tehnica este viabilă mai târziu în acest an.
Nu finlandezii sunt cei care iau în considerare acest sistem de propulsie. În 2015, NASA a anunțat că a acordat o finanțare a Fazei II inovatoare avansate concepte Dr. Pekka Janhunen și echipei sale pentru a explora modul în care această tehnologie ar putea fi utilizată pentru a ajunge la Sistemul Solar exterior în mai puțin timp decât alte metode.
Sistemul de tranzit rapid Electrostatic Heliopause sau nava spațială HERTS s-ar extinde 20 din aceste țesături electrice spre exterior, formând o imensă pânză electrică circulară pentru a prinde vântul solar. Prin rotirea lentă a navei spațiale, forțele centrifugale vor întinde legăturile în această formă circulară.
Cu încărcarea sa pozitivă, fiecare legătură acționează ca o barieră imensă împotriva vântului solar, oferind navei spațiale o suprafață eficientă de 600 de kilometri pătrați odată ce se lansează de pe Pământ. Cu cât se îndepărtează, de pe Pământ, suprafața sa eficientă crește la echivalentul a 1.200 km pătrați în momentul în care ajunge la Jupiter.
Când o vela solară începe să-și piardă energia, o vela electrică continuă să accelereze. De fapt, aceasta ar continua să accelereze peste orbita lui Uranus.
Dacă tehnologia va funcționa, misiunea HERTS ar putea ajunge la heliopauză în doar 10 ani. A fost nevoie de Voyager 1 35 de ani pentru a ajunge la această distanță, 121 de unități astronomice de la Soare.
Dar despre direcție? Modificând tensiunea pe fiecare fir în timp ce nava spațială se rotește, puteți face ca întreaga navigă să interacționeze diferit pe o parte sau pe cealaltă cu vântul solar. Ai putea conduce toată nava spațială precum vele pe o barcă.
În septembrie 2017, o echipă de cercetători de la Institutul Meteorologic Finlandez a anunțat o idee destul de radicală despre modul în care ar putea fi capabili să folosească pânze electrice pentru a explora în întregime centura de asteroizi.
În loc de o singură navă spațială, ei au propus construirea unei flote de 50 de sateliți separați de 5 kg. Fiecare își va scoate propria legătură de 20 km și va prinde vântul solar al Soarelui. Pe parcursul unei misiuni de 3 ani, nava spațială ar călători pe centura asteroizilor și ar vizita mai multe roci spațiale diferite. Flota completă ar putea probabil să exploreze 300 de obiecte separate.
Fiecare navă spațială ar fi echipată cu un telescop mic, cu o deschidere de doar 40 mm. Aceasta este aproximativ dimensiunea unui spațiu de observare sau o jumătate de pereche de binoclu, dar ar fi suficient pentru a rezolva caracteristici de pe suprafața unui asteroid de până la 100 de metri. De asemenea, vor avea un spectrometru în infraroșu pentru a putea determina din ce minerale este făcut fiecare asteroid.
Acesta este un mod minunat de a găsi acel asteroid de 10 trilioane de dolari format din platină solidă.
Deoarece nava spațială ar fi prea mică pentru a comunica până la Pământ, va trebui să stocheze datele la bord și apoi să transmită totul odată ce au trecut pe planeta noastră 3 ani mai târziu.
Oamenii de știință planetari am vorbit pentru a iubi ideea de a putea examina aceste obiecte diferite în același timp, iar ideea cu vela electrică este una dintre cele mai eficiente metode de realizare.
Potrivit cercetătorilor, ei ar putea face misiunea pentru aproximativ 70 de milioane de dolari, ducând costul analizei fiecărui asteroid până la aproximativ 240.000 de dolari. Aceasta ar fi ieftină în comparație cu orice altă metodă propusă pentru studierea asteroizilor.
Explorarea spațială utilizează rachete chimice tradiționale, deoarece sunt cunoscute și de încredere. Sigur că au neajunsurile lor, dar ne-au dus pe tot teritoriul Sistemului Solar, la miliarde de kilometri distanță de Pământ.
Dar există și alte forme de propulsie în lucrări, cum ar fi pânza electrică. Și în următoarele decenii, vom vedea tot mai multe dintre aceste idei puse la încercare. Un sistem de propulsie fără combustibil care poate transporta o navă spațială în zona exterioară a sistemului solar? Da, te rog.
Te voi ține la curent cu testarea mai multor pânze electrice.
Podcast (audio): descărcare (durata: 10:10 - 9.3MB)
Abonare: Podcast-uri Apple | Android | RSS
Podcast (video): descărcare (durata: 10:10 - 69.3MB)
Abonare: Podcast-uri Apple | Android | RSS
