Vi er alle kjent med ideen om solseil for å utforske solsystemet ved å bruke lystrykket fra sola. Men det er et annet fremdriftssystem som kan utnytte solens kraft, elektriske seil, og det er en ganske spennende idé.
For noen uker siden taklet jeg et spørsmål noen hadde om de eksotiske eksotiske fremdriftssystemene mine, og jeg skranglet av noen ideer som jeg synes er spennende: solseil, kjernefyser, ionemotorer osv. Men det er et annet fremdriftssystem som fortsetter å komme opp , og jeg glemte helt å nevne, men det er en av de beste ideene jeg har hørt på en stund: elektriske seil.
Som du sikkert vet, fungerer et solseil ved å utnytte fotonene til lys som strømmer fra sola. Selv om fotoner er masseløse, har de imidlertid fart, og kan overføre det når de spretter fra en reflekterende overflate.
I tillegg til lys blåser også solen av en jevn strøm av ladde partikler - solvinden. Et team av ingeniører fra Finland, ledet av Dr. Pekka Janhunen, har foreslått å bygge et elektrisk seil som skal bruke disse partiklene til å frakte romfartøyer ut i solsystemet.
For å forstå hvordan dette fungerer, vil jeg trenge å knytte noen få konsepter inn i hjernen din.
Først solen. Den dødelige strålen på himmelen. Som du sikkert vet, er det en jevn strøm av ladede partikler, hovedsakelig elektroner og protoner, som glipper fra solen i alle retninger.
Astronomer er ikke helt sikre på hvordan, men noen mekanisme i solens korona, dens øvre atmosfære, akselererer disse partiklene med en rømningshastighet. Deres hastighet varierer fra 250 til 750 km / s.
Solvinden reiser bort fra solen og ut i verdensrommet. Vi ser effekten av det på kometer, og gir dem deres karakteristiske haler, og det danner en boble rundt solsystemet kjent som heliosfæren. Det er her solvinden fra sola møter de kollektive solvindene fra de andre stjernene i Melkeveien.
Faktisk passerte NASAs Voyager-romfartøy nylig gjennom denne regionen, og endelig tok seg til det interstellare rommet.
Solvinden forårsaker et direkte trykk, som en faktisk vind, men den er utrolig svak, en brøkdel av letttrykket en solseil opplever.
Men solvinden inneholder en strøm av positivt ladede protoner og elektroner, og dette er nøkkelen.
Et elektrisk seil fungerer ved å rulle ut en utrolig tynn ledning, bare 25 mikron tykk, men 20 kilometer lang. Romfartøyet er utstyrt med solcellepaneler og en elektronpistol som tar bare noen hundre watt å løpe.
Ved å skyte elektroner ut i verdensrommet opprettholder romskipet en meget positiv ladet tilstand. Siden protonene fra solen også er positivt ladet, når de møter det positivt ladede bindet, "ser" de det et enormt hinder 100 meter over og krasjer inn i det.
Ved å formidle momentumet deres i tetningen og romfartøyet, akselererer ionene det vekk fra solen.
Akselerasjonsmengden er veldig svak, men det er konstant trykk fra sola og kan legge seg opp over lang tid. For eksempel, hvis et romfartøy på 1000 kg hadde 100 av disse ledningene som strekker seg ut i alle retninger, kan det motta en akselerasjon på 1 mm per sekund per sekund.
I det første sekundet kjører det 1 mm, og deretter 2 mm i neste sekund, etc. I løpet av et år kan dette romfartøyet gå 30 km / s. Til sammenligning er det raskeste romfartøyet der ute, NASAs Voyager 1, bare rundt 17 km / s. Så mye raskere, definitivt med en rømningshastighet fra solsystemet.
En av ulempene med metoden, er faktisk at den ikke vil fungere innenfor jordens magnetosfære. Så et elektrisk seildrevet romfartøy må trengs å bæres av en tradisjonell rakett vekk fra jorden før den kunne få ut seilet og dra ut i det dype rommet.
Jeg er sikker på at du lurer på om dette er en enveiskjøring for å komme vekk fra sola, men det er det faktisk ikke. Akkurat som med solseil, kan et elektrisk seil svinges. Avhengig av hvilken side av seilet solvinden treffer, hever eller senker den romskipets bane fra solen.
Slå seilet på den ene siden, så løfter du bane for å reise til det ytre solsystemet. Men du kan også slå den andre siden og senke bane, slik at den kan reise ned i det indre solsystemet. Det er et utrolig allsidig fremdriftssystem, og solen gjør alt arbeidet.
Selv om dette høres ut som science fiction, er det faktisk noen tester i verkene. En estisk prototype-satellitt ble lansert allerede i 2013, men motoren klarte ikke å trille ut tetningen. Den finske Aalto-1-satellitten ble lansert i juni 2017, og et av eksperimentene er å teste ut et elektrisk seil.
Vi bør finne ut om teknikken er levedyktig senere i år.
Det er ikke bare finnene som vurderer dette fremdriftssystemet. I 2015 kunngjorde NASA at de hadde tildelt et Phase II Innovative Advanced Concepts-stipend til Dr. Pekka Janhunen og hans team for å utforske hvordan denne teknologien kan brukes til å nå det ytre solsystemet på kortere tid enn andre metoder.
Heliopause Electrostatic Rapid Transit System, eller HERTS-romfartøyet, ville forlenge 20 av disse elektriske tetrene utover fra sentrum og danne et stort sirkulært elektrisk seil for å fange solvinden. Ved langsomt å rotere romfartøyet, vil sentrifugalkreftene strekke tethers ut i denne sirkulære formen.
Med sin positive ladning fungerer hvert bind som en enorm barriere mot solvinden, noe som gir romskipet et effektivt overflateareal på 600 kvadratkilometer når det sjøsatt fra jorden. Når det kommer lengre, øker imidlertid det effektive området til Jorden til tilsvarer 1200 kvadratkilometer fra Jorden når det når Jupiter.
Når et solseil begynner å miste strøm, fortsetter et elektrisk seil å fortsette å akselerere. Faktisk vil det fortsette å akselerere forbi Uranus bane.
Hvis teknologien ordner seg, kan HERTS-oppdraget nå heliopausen på bare 10 år. Det tok Voyager 1 35 år å nå denne distansen, 121 astronomiske enheter fra solen.
Men hva med styring? Ved å endre spenningen på hver ledning når romskipet roterer, kan du få hele seilet til å samvirke forskjellig på den ene eller den andre siden til solvinden. Du kan styre hele romskipet som seilene på en båt.
I september 2017 kunngjorde et team av forskere med det finske meteorologiske instituttet en ganske radikal ide for hvordan de kan være i stand til å bruke elektriske seil for å utforske asteroidebeltet.
I stedet for et enkelt romfartøy foreslo de å bygge en flåte på 50 separate 5 kg-satellitter. Hver og en ville trille ut sin egen 20 km lange tether og fange solens solvind. I løpet av et 3-årig oppdrag skulle romfartøyet reise ut til asteroidebeltet, og besøke flere forskjellige rombergarter. Hele flåten vil sannsynligvis kunne utforske 300 separate objekter.
Hvert romskip ville være utstyrt med et lite teleskop med bare en 40 mm blenderåpning. Det er omtrent på størrelse med et flekkeområde, eller et halvt kikkert, men det ville være nok til å løse funksjoner på overflaten av en asteroide så liten som 100 meter over. De vil også ha et infrarødt spektrometer for å kunne bestemme hvilke mineraler hver asteroide er laget av.
Det er en flott måte å finne den 10 billioner dollar asteroiden av solid platina.
Fordi romskipet ville være for lite til å kommunisere helt tilbake til Jorden, måtte de lagre dataene om bord og deretter overføre alt når de kom forbi planeten vår tre år senere.
Planetforskerne jeg har snakket med, elsker ideen om å kunne kartlegge disse mange forskjellige objektene samtidig, og den elektriske seilideen er en av de mest effektive metodene for å gjøre det.
I følge forskerne kunne de gjøre oppdraget for rundt 70 millioner dollar, noe som fikk kostnadene for å analysere hver asteroide ned til rundt 240 000 dollar. Det ville være billig sammenlignet med andre metoder som ble foreslått for å studere asteroider.
Romutforskning bruker tradisjonelle kjemiske raketter fordi de er kjent og pålitelige. At de har sine mangler, men de har tatt oss over solsystemet, til milliarder av kilometer unna Jorden.
Men det er andre former for fremdrift i verkene, som det elektriske seilet. Og i løpet av de kommende tiårene kommer vi til å se flere og flere av disse ideene bli testet. Et drivstofffritt fremdriftssystem som kan føre et romfartøy inn i de ytre delene av solsystemet? Ja takk.
Jeg holder deg oppdatert når flere elektriske seil er testet.
Podcast (lyd): Last ned (Varighet: 10:10 - 9,3 MB)
Abonner: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Last ned (Varighet: 10:10 - 69,3 MB)
Abonner: Apple Podcasts | Android | RSS
