Všetci sme oboznámení s myšlienkou slnečných plachiet preskúmať slnečnú sústavu pomocou svetelného tlaku od Slnka. Je tu však ďalší pohonný systém, ktorý by mohol využiť silu Slnka, elektrické plachty a je to celkom vzrušujúci nápad.
Pred niekoľkými týždňami som sa zaoberal otázkou, ktorú niekto mal o mojich obľúbených exotických pohonných systémoch, a zahnal som niekoľko myšlienok, ktoré považujem za vzrušujúce: slnečné plachty, jadrové rakety, iónové motory atď. a úplne som zabudol spomenúť, ale je to jeden z najlepších nápadov, ktoré som za chvíľu počul: elektrické plachty.
Ako pravdepodobne viete, slnečná plachta funguje tak, že využíva fotóny svetla prúdiaceho zo Slnka. Hoci sú fotóny bezhmotné, majú dynamiku a môžu ich preniesť, keď odrazia od odrazového povrchu.
Slnko okrem svetla fúka stabilný prúd nabitých častíc - slnečný vietor. Tím inžinierov z Fínska, ktorý viedol dr. Pekka Janhunen, navrhol výstavbu elektrickej plachty, ktorá použije tieto častice na prepravu kozmických lodí do slnečnej sústavy.
Aby sme pochopili, ako to funguje, musíte do vášho mozgu zasiahnuť niekoľko konceptov.
Najprv slnko. Tá smrtiaca guľa žiarenia na oblohe. Ako pravdepodobne viete, je tu stály prúd nabitých častíc, hlavne elektrónov a protónov, ktorý zo všetkých strán smeruje zo Slnka.
Astronómovia si nie sú celkom istí, ako, ale nejaký mechanizmus v slnečnej koróne, jej horná atmosféra, zrýchľuje tieto častice únikovou rýchlosťou. Ich rýchlosť sa pohybuje od 250 do 750 km / s.
Slnečný vietor putuje od Slnka a von do vesmíru. Vidíme jeho účinky na kométy, ktoré im dávajú charakteristické chvosty, a vytvára okolo bubliny okolo Slnečnej sústavy známej ako heliosféra. To je miesto, kde slnečný vietor zo Slnka stretáva kolektívne slnečné vetry od ostatných hviezd Mliečnej dráhy.
V skutočnosti kozmická loď Voyager NASA nedávno prešla týmto regiónom a nakoniec sa vydala na cestu do medzihviezdneho vesmíru.
Slnečný vietor spôsobuje priamy tlak, podobne ako skutočný vietor, ale je neuveriteľne slabý, zlomok ľahkého tlaku, ktorý solárna plachta zažije.
Ale slnečný vietor obsahuje prúd pozitívne nabitých protónov a elektrónov, a to je kľúč.
Elektrická plachta funguje navíjaním neuveriteľne tenkého drôtu hrubého len 25 mikrónov, ale dlhého 20 kilometrov. Kozmická loď je vybavená solárnymi panelmi a elektrónovou pištoľou, ktorá zaberie len niekoľko stoviek wattov.
Odstrelením elektrónov do vesmíru si kozmická loď udržiava vysoko pozitívny nabitý stav. Pretože protóny zo Slnka sú tiež pozitívne nabité, keď narazia na pozitívne nabité popruhy, „vidia“ to obrovskú prekážku 100 metrov naprieč a narazia do nej.
Tým, že ióny dodávajú hybnosť do postroja a kozmickej lode, urýchľujú ich od Slnka.
Miera zrýchlenia je veľmi slabá, je to však konštantný tlak zo Slnka a môže sa zvyšovať po dlhú dobu. Napríklad, ak by kozmická loď s hmotnosťou 1 000 kg mala 100 z týchto drôtov vyčnievajúcich vo všetkých smeroch, mohla by dostať zrýchlenie 1 mm za sekundu za sekundu.
V prvej sekunde prejde 1 mm a potom 2 mm v druhej sekunde atď. V priebehu roka by táto kozmická loď mohla ísť rýchlosťou 30 km / s. Len pre porovnanie, najrýchlejšia kozmická loď, Voyager 1, NASA je rýchlostná rýchlosť iba 17 km / s. Takže oveľa rýchlejšie, určite na únikovej rýchlosti zo slnečnej sústavy.
Jednou z nevýhod tejto metódy je v skutočnosti to, že nebude fungovať v rámci zemskej magnetosféry. Takže kozmická loď poháňaná elektrickými plachtami by musela niesť tradičná raketa mimo Zeme, aby mohla rozvinúť svoju plachtu a vyraziť do hlbokého vesmíru.
Som si istý, že vás zaujíma, či sa jedná o jednosmernú cestu na únik zo Slnka, ale v skutočnosti to tak nie je. Rovnako ako pri solárnych plachtách, aj elektrická plachta sa môže otáčať. V závislosti od toho, na ktorú stranu plachty dopadne slnečný vietor, zdvihne alebo zníži obežnú dráhu kozmickej lode zo Slnka.
Napadnite plachtu na jednej strane a zdvihnite jej obežnú dráhu, aby ste mohli cestovať do vonkajšej slnečnej sústavy. Mohli by ste však naraziť aj na druhú stranu a znížiť jej obežnú dráhu, aby ste mohli prejsť dolu do vnútornej slnečnej sústavy. Je to neuveriteľne všestranný pohonný systém a Slnko robí všetku prácu.
Aj keď to znie ako sci-fi, v dielach je skutočne niekoľko testov. Estónsky prototyp satelitu bol vypustený už v roku 2013, ale jeho motor nedokázal vymotať popruh. Fínsky satelit Aalto-1 bol spustený v júni 2017 a jedným z jeho experimentov je vyskúšanie elektrickej plachty.
Mali by sme zistiť, či je táto technika realizovateľná koncom tohto roka.
Tento pohonný systém neuvažujú iba Fíni. V roku 2015 NASA oznámila, že dr. Pekka Janhunen a jeho tím udelili grant Phase II Inovatívne pokročilé koncepcie, aby preskúmali, ako by sa táto technológia mohla použiť na dosiahnutie vonkajšej slnečnej sústavy v kratšom čase ako iné metódy.
Heliopauza s elektrostatickým rýchlym tranzitným systémom alebo kozmická loď HERTS by rozšírila 20 z týchto elektrických povrazov smerom von zo stredu a vytvorila obrovskú kruhovú elektrickú plachtu na zachytenie slnečného vetra. Pomalým otáčaním kozmickej lode odstredivé sily natiahnú pútniky do tohto kruhového tvaru.
Vďaka svojmu pozitívnemu náboju pôsobí každé postroj ako obrovská bariéra pre slnečný vietor, čo dáva kozmickej lodi účinnú plochu 600 štvorcových kilometrov, keď sa raz dostane zo Zeme. Keď sa však dostane ďalej, zo Zeme sa jej účinná plocha v čase, keď dosiahne Jupiter, zvýši na ekvivalent 1 200 km2.
Keď solárna plachta začína strácať energiu, elektrická plachta sa stále zrýchľuje. V skutočnosti by sa to zrýchľovalo mimo obežnej dráhy Uránu.
Ak bude táto technológia fungovať, misia HERTS by sa mohla dostať k heliopauze za pouhých 10 rokov. Voyager trvalo 1 35 rokov, kým dosiahol túto vzdialenosť, 121 astronomických jednotiek od Slnka.
Ale čo riadenie? Zmenou napätia na každom drôte, keď sa kozmická loď otáča, môžete nechať celú plachtu vzájomne pôsobiť na jednej alebo druhej strane odlišne od slnečného vetra. Môžete riadiť celú kozmickú loď ako plachty na lodi.
V septembri 2017 tím vedcov s Fínskym meteorologickým ústavom oznámil celkom radikálny nápad, ako by mohli byť schopní používať elektrické plachty na komplexné preskúmanie asteroidového pásu.
Namiesto jedinej kozmickej lode navrhli vybudovať flotilu 50 samostatných 5 kg satelitov. Každý z nich by vylial svoj vlastný 20 km dlhý povraz a zachytil slnečný vietor Slnka. V priebehu trojročnej misie by kozmická loď odcestovala na pás asteroidov a navštívila niekoľko rôznych kozmických skál. Celá flotila by pravdepodobne mohla preskúmať 300 samostatných objektov.
Každá kozmická loď by bola vybavená malým ďalekohľadom s otvorom iba 40 mm. Je to o veľkosti škvrnitého rozsahu alebo o polovicu ďalekohľadu, ale stačilo by rozlíšiť prvky na povrchu asteroidu s priemerom 100 metrov. Mali by tiež infračervený spektrometer, aby dokázali určiť, z ktorých minerálov je každý asteroid vyrobený.
Je to skvelý spôsob, ako zistiť, že asteroid s hodnotou 10 biliónov dolárov je vyrobený z pevnej platiny.
Pretože kozmická loď by bola príliš malá na to, aby komunikovala celú cestu späť na Zem, museli by údaje uchovávať na palube a potom preniesť všetko, keď sa o 3 roky neskôr dostanú okolo našej planéty.
Planetárni vedci, s ktorými som hovoril, mali radi myšlienku, že dokážeme skúmať tieto rôzne objekty súčasne, a myšlienka elektrickej plachty je jednou z najúčinnejších metód na jej uskutočnenie.
Podľa vedcov by mohli vykonať misiu za približne 70 miliónov dolárov, čím náklady na analýzu každého asteroidu klesnú na približne 240 000 dolárov. To by bolo lacné v porovnaní s inými metódami navrhovanými na štúdium asteroidov.
Pri prieskume vesmíru sa používajú tradičné chemické rakety, pretože sú známe a spoľahlivé. Určite majú svoje nedostatky, ale vzali nás cez slnečnú sústavu na miliardy kilometrov od Zeme.
V prácach však existujú aj iné formy pohonu, ako je elektrická plachta. A v nadchádzajúcich desaťročiach uvidíme stále viac a viac týchto nápadov vyskúšaných. Pohonný systém bez paliva, ktorý dokáže niesť kozmickú loď do vonkajšej časti slnečnej sústavy? Áno prosím.
Keď budete testovať viac elektrických plachiet, budem vás informovať.
Podcast (audio): Stiahnuť (Trvanie: 10:10 - 9,3 MB)
Prihlásiť sa na odber: Apple Podcasts Android | RSS
Podcast (video): Stiahnuť (Trvanie: 10:10 - 69,3 MB)
Prihlásiť sa na odber: Apple Podcasts Android | RSS
