Me kõik oleme tuttavad päikesepurjete ideega Päikesesüsteemi uurimiseks, kasutades Päikesest tulevat rõhku. Kuid seal on veel üks tõukejõusüsteem, mis saaks kasutada Päikese jõudu, elektripurjeid ja see on päris põnev idee.
Mõni nädal tagasi lahendasin küsimust, mis kellelgi oli minu lemmikute eksootiliste tõukejõusüsteemide kohta, ja raputasin välja mõned ideed, mis on minu jaoks põnevad: päikesepurjed, tuumaraketid, ioonmootorid jne. , ja ma unustasin selle mainimata jätta, kuid see on üks parimaid ideid, mida ma olen mõnda aega kuulnud: elektripurud.
Nagu arvatavasti teate, töötab päikesepurje, rakendades Päikesest voogava valguse footoneid. Ehkki footonid on massilised, on neil siiski hoog ja nad saavad seda üle kanda, kui nad peegelduspinnalt maha põrkavad.
Lisaks valgusele puhub Päike välja ühtlaselt laetud osakeste voo - päikesetuule. Soomlasest inseneride meeskond dr Pekka Janhuneni juhtimisel on teinud ettepaneku ehitada elektripurk, mis kasutaks neid osakesi kosmoselaevade päikesesüsteemi viimiseks.
Et aru saada, kuidas see toimib, pean mõne aju segama mõistetega.
Esiteks Päike. See surmav kiirguspall taevas. Nagu te ilmselt teate, on laetud osakeste, peamiselt elektronide ja prootonite, pidev vool, mis tõmbub Päikesest eemale igas suunas.
Astronoomid pole täiesti kindlad, kuid Päikese koroonas, selle ülemises atmosfääris, mingi mehhanism kiirendab neid osakesi põgenemiskiirusel. Nende kiirus varieerub vahemikus 250–750 km / s.
Päikesetuul liigub Päikesest eemale ja kosmosesse. Me näeme selle mõju komeetidele, andes neile iseloomuliku saba ja see moodustab Päikesesüsteemi ümber mulli, mida tuntakse heliosfäärina. Siin kohtub Päikese poolt pakutav päikesetuul Linnutee teiste tähtede kollektiivse päikesetuulega.
Tegelikult läbis NASA kosmoselaev Voyager hiljuti selle regiooni, tehes lõpuks tee tähtedevahelise kosmose juurde.
Päikesetuul põhjustab küll otsest rõhku, nagu tegelik tuul, kuid see on uskumatult nõrk, murdosa päikesepurje koormast.
Kuid päikesetuul sisaldab positiivselt laetud prootonite ja elektronide voogu ning see on võti.
Elektripurk kerib lahti uskumatult õhukese, vaid 25 mikroni paksuse, kuid 20 kilomeetri pikkuse traadi. Kosmoseaparaat on varustatud päikesepaneelide ja elektronpüstoliga, mille tööks kulub vaid paarsada vatti.
Elektrone kosmosesse tulistades hoiab kosmoselaev väga positiivselt laetud olekut. Kuna ka Päikesest pärinevad prootonid on positiivselt laetud, näevad nad positiivse laenguga kinnitusaasas seda 100 meetrit ületades tohutut takistust ja satuvad sinna.
Jagades oma kosmose- ja kosmoseaparaadile oma kiirust, kiirendavad ioonid seda Päikesest eemale.
Kiirendus on väga nõrk, kuid see on Päikese pidev rõhk ja võib pika aja jooksul sellele lisanduda. Näiteks kui 1000 kg kaaluval kosmoseaparaadil oleks 100 juhtmest kõigis suundades välja sirutatud, võiks see saada kiirenduse 1 mm sekundis sekundis.
Esimese sekundi jooksul liigub see 1 mm, seejärel järgmise sekundi jooksul 2 mm jne. Aasta jooksul võis see kosmoselaev liikuda kiirusega 30 km / s. Võrdluseks - kiireim seal liikuv kosmoselaev, NASA Voyager 1, teeb ainult kiirust umbes 17 km / s. Nii et palju kiiremini, kindlasti Päikesesüsteemist väljumise kiirusel.
Meetodi üks varjukülgi on tegelikult see, et see ei toimi Maa magnetosfääris. Niisiis peaks elektrilise purjega mootoriga kosmoselaev vedama tavapärase raketiga Maast eemale, enne kui see saaks purje lahti kerida ja suunduda kosmosesse.
Olen kindel, et mõtlete, kas see on ühesuunaline retk Päikesest eemal hoidmiseks, kuid tegelikult pole see nii. Nii nagu päikesepurjete puhul, saab ka elektripurki pöörata. Sõltuvalt sellest, kummale purje küljele päikesetuul tabab, kas see tõstab või langetab kosmoselaeva orbiiti Päikesest.
Lükake purje ühele küljele ja te tõstate selle orbiiti, et liikuda päikesesüsteemi välimisse ossa. Kuid võite ka lüüa teisele poole ja langetada selle orbiiti, lastes sel liikuda sisemisse Päikesesüsteemi. See on uskumatult mitmekülgne tõukejõusüsteem ja Päike teeb kogu töö.
Ehkki see kõlab ulmena, on teostes tegelikult ka mõned testid. Eesti satelliidi prototüüp lasti käiku 2013. aastal, kuid selle mootoril ei õnnestunud lõasta välja kerida. Soome Aalto-1 satelliit lasti käiku 2017. aasta juunis ja selle üheks katsetuseks on elektripurje proovimine.
Peaksime selle aasta lõpus välja selgitama, kas tehnika on elujõuline.
Seda tõukejõusüsteemi ei kavatse kaaluda ainult soomlased. Aastal 2015 teatas NASA, et nad on dr Pekka Janhunenile ja tema meeskonnale välja andnud II etapi uuenduslike arenenud kontseptsioonide stipendiumi, et uurida, kuidas seda tehnoloogiat saaks kasutada Päikesesüsteemi välise jõudmiseks vähem kui muude meetoditega.
Heliopausi elektrostaatiline kiiretranspordisüsteem ehk HERTS-i kosmoselaev ulatuks 20 neist elektrikinnitustest keskelt väljapoole, moodustades tohutu ümmarguse elektripurje päikesetuule püüdmiseks. Kosmoselaeva aeglaselt pöörates sirutavad tsentrifugaaljõud lõdvad selle ümmarguse kujuga välja.
Oma positiivse laenguga toimib iga tross nagu päikesetuule tohutu barjäär, andes kosmoselaevale efektiivse pindala 600 ruutkilomeetrit, kui see Maa juurest lahti laseb. Maalt kaugemale jõudes tõuseb selle efektiivne pindala Jupiteri jõudmiseni 1200 ruutkilomeetrile.
Kui päikesepurje võimsus hakkab kaduma, jätkub elektripurk lihtsalt kiirenedes. Tegelikult jätkaks see kiirenemist Uraani orbiidil.
Kui tehnoloogia töötab välja, võib HERTS-i missioon jõuda heliopausisse vaid 10 aasta pärast. Selle vahemaa, 121 Päikesest astronoomilise ühiku, läbimiseks kulus Voyageril 1 35 aastat.
Aga kuidas on roolimisega? Muutes iga juhtme pinget kosmoselaeva pöörlemisel, võiksite kogu purje ühel või teisel küljel päikesetuulega erinevalt suhelda. Terve kosmoselaeva võiksite juhtida nagu purjes purjetades.
2017. aasta septembris kuulutas Soome meteoroloogia instituudi teadlaste meeskond välja üsna radikaalse idee, kuidas nad võiksid kasutada elektripurjeid asteroidivöö põhjalikuks uurimiseks.
Ühe kosmoselaeva asemel tegid nad ettepaneku ehitada 50 eraldi 5-kilogrammise satelliidi laevastik. Igaüks keris välja oma 20 km pikkuse trossi ja püüdis päikese päikesetuule. 3-aastase missiooni käigus rändaks kosmoselaev välja asteroidi vööni ja külastaks mitut erinevat kosmosekivimit. Tõenäoliselt saaks täislaevastik uurida 300 eraldi objekti.
Iga kosmoselaev oleks varustatud väikese teleskoobiga, mille ava on ainult 40 mm. See on umbes määrimisulatuse suurus või pool binokli paarist, kuid sellest piisaks, kui asteroidi pinnal on omadused vähemalt 100 meetrit. Neil oleks ka infrapunaspektromeeter, mis võimaldaks kindlaks teha, millistest mineraalidest iga asteroid on valmistatud.
See on suurepärane võimalus leida 10 triljoni dollari väärtuses asteroid, mis on valmistatud tahkest plaatinast.
Kuna kosmoseaparaat oleks Maaga suheldes liiga väike, peaksid nad andmed pardal hoidma ja kõik edastama, kui nad 3 aastat hiljem meie planeedist mööda jõudsid.
Planeediteadlased, kellega ma olen rääkinud, armastavad ideed, et oleks võimalik korraga uurida seda paljusid erinevaid objekte. Elektripurje idee on üks tõhusamaid meetodeid selle teostamiseks.
Teadlaste sõnul võiksid nad seda missiooni teha umbes 70 miljoni dollariga, viies iga asteroidi analüüsi kulud umbes 240 000 dollarini. See oleks odav võrreldes mõne muu asteroidide uurimiseks pakutud meetodiga.
Kosmoseuuringutes kasutatakse traditsioonilisi keemilisi rakette, kuna need on tuntud ja usaldusväärsed. Muidugi, neil on oma puudusi, kuid nad on viinud meid üle Päikesesüsteemi miljardite kilomeetrite kaugusele Maast.
Kuid teostes on ka teisi tõukejõu vorme, näiteks elektripurk. Ja järgmiste aastakümnete jooksul näeme neid ideesid üha enam proovile panemas. Kütusevaba tõukejõusüsteem, mis suudab kosmoselaeva päikesesüsteemi välistesse jõududesse viia? Jah palun.
Hoian teid postitamas, kui katsetatakse veel elektripurjeid.
Podcast (heli): allalaadimine (kestus: 10:10 - 9,3 MB)
Telli: Apple'i taskuhäälingusaated | Android | RSS
Podcast (video): allalaadimine (kestus: 10:10 - 69,3 MB)
Telli: Apple'i taskuhäälingusaated | Android | RSS
