Vsi smo seznanjeni z idejo sončnih jader za raziskovanje Osončja s pomočjo svetlobnega tlaka Sonca. Toda obstaja še en pogonski sistem, ki bi lahko izkoristil moč Sonca, električna jadra, in to je zelo vznemirljiva ideja.
Pred nekaj tedni sem se lotil vprašanja, ki ga je nekdo imel o mojih najljubših eksotičnih pogonskih sistemih, in odvrnil sem nekaj idej, ki se mi zdijo vznemirljive: sončna jadra, jedrske rakete, ionski motorji itd. Toda obstaja še en pogonski sistem, ki se še naprej pojavlja , in popolnoma sem pozabil omeniti, vendar je ena najboljših idej, ki sem jih slišal že nekaj časa: električna jadra.
Kot verjetno veste, sončno jadro deluje tako, da izkorišča fotone svetlobe, ki se pretakajo s Sonca. Čeprav so fotoni množični, imajo zagon in jih lahko prenesejo, ko odbijejo odsevno površino.
Poleg svetlobe Sonce odpihuje tudi enakomeren tok nabitih delcev - sončni veter. Skupina inženirjev s Finske, ki jo je vodil dr. Pekka Janhunen, je predlagala gradnjo električnega jadra, ki bo te delce uporabljalo za prenašanje vesoljskih plovil v osončje.
Da bi razumeli, kako to deluje, vam bom moral nekaj konceptov vtisniti v možgane.
Najprej Sonce. Ta smrtonosna krogla sevanja na nebu. Kot verjetno veste, obstajajo enakomerni tokovi nabitih delcev, predvsem elektronov in protonov, ki v vseh smereh odtekajo od Sonca.
Astronomi niso povsem prepričani, kako, vendar neki mehanizem v sončni koroni, zgornji atmosferi, pospeši te delce s hitrostjo pobega. Njihova hitrost se giblje od 250 do 750 km / s.
Sončev veter potuje stran od Sonca in v vesolje. Vidimo njegove učinke na komete, kar jim daje značilne repove in tvori mehurček okoli Osončja, znanega kot heliosfera. Tu se sončni veter srečuje s kolektivnimi sončnimi vetrovi drugih zvezd na Mlečni poti.
Pravzaprav je Nasina vesoljska plovila Voyager nedavno prešla to regijo in se končno podala v medzvezdni prostor.
Sončni veter sicer povzroča neposreden pritisk, kot dejanski veter, vendar je neverjetno šibek, delček svetlobnega tlaka, ki ga ima sončno jadro.
Toda sončni veter vsebuje tok pozitivno nabitih protonov in elektronov, in to je ključno.
Električno jadro deluje tako, da sprosti neverjetno tanko žico, debelo le 25 mikronov, a dolgo 20 kilometrov. Vesoljsko plovilo je opremljeno s sončnimi paneli in elektronsko pištolo, ki potrebuje le nekaj sto vatov.
S streljanjem elektronov v vesolje vesoljsko plovilo vzdržuje zelo pozitivno napolnjeno stanje. Ker so protoni s Sonca tudi pozitivno nabiti, ko naletijo na pozitivno nabit veznik, ga "vidijo" v veliki meri čez 100 metrov in ovirajo v njega.
Z vnašanjem svojega zaleta v privezovalno in vesoljsko plovilo jo ioni pospešujejo stran od Sonca.
Količina pospeška je zelo šibka, vendar je stalen pritisk Sonca in se lahko poveča v daljšem časovnem obdobju. Na primer, če bi na 1000 kg vesoljskem plovilu 100 teh žic potekalo v vseh smereh, bi lahko doseglo pospešek 1 mm na sekundo.
V prvi sekundi potuje 1 mm, nato pa 2 mm v naslednji sekundi itd. Čez eno leto bi lahko to vesoljsko plovilo vozilo 30 km / s. Za primerjavo, najhitrejše vesoljsko plovilo tam, NASA-in Voyager 1, vozi le približno 17 km / s. Torej, veliko hitreje, zagotovo s hitrostjo pobega iz Osončja.
Eden od pomanjkljivosti metode je pravzaprav ta, da ne bo deloval znotraj magnetosfere Zemlje. Torej bi moralo električno vesoljsko plovilo, ki ga nosi tradicionalna raketa, odnesti od Zemlje, preden bi lahko jadro odvrnilo in se odpravilo v globok vesolje.
Prepričan sem, da se sprašujete, ali gre za enosmerno potovanje pobegniti od Sonca, ampak v resnici ni. Tako kot pri sončnih jadrih je tudi električno jadro mogoče zasukati. Glede na to, na katero stran jadra sončni veter zadene, dvigne ali spusti orbito vesoljskega plovila s Sonca.
Stisnite jadro na eni strani in dvignete njegovo orbito, da potuje do zunanjega Osončja. Lahko pa udarite tudi na drugo stran in spustite njeno orbito, kar ji omogoča, da potuje navzdol v notranji Osončje. To je neverjetno vsestranski pogonski sistem in Sonce opravi vse delo.
Čeprav se to sliši kot znanstvena fantastika, je v delih dejansko nekaj testov. Satelit v estonskem prototipu je bil predstavljen že leta 2013, vendar njegov motor ni uspel zviti priveza. Finski satelit Aalto-1 je bil predstavljen junija 2017, eden njegovih poskusov pa je preizkus električnega jadra.
Ugotoviti bi morali, ali je tehnika izvedla kasneje v tem letu.
Niso samo Finci tisti, ki razmišljajo o tem pogonskem sistemu. Leta 2015 je NASA sporočila, da sta doktorju Pekki Janhunen in njegovi ekipi podelila donacijo za inovativne napredne koncepte faze II, da bi raziskali, kako lahko to tehnologijo uporabimo za dosego zunanjega Osončja v krajšem času kot druge metode.
Elektrostatični sistem hitrega prehoda Heliopause ali HERTS bi 20 teh električnih privez razširil navzven iz središča in tvoril ogromno krožno električno jadro za lovljenje sončnega vetra. S počasnim vrtenjem vesoljskega plovila bodo centrifugalne sile raztegnile vezi v to krožno obliko.
Vsak tether s svojim pozitivnim nabojem deluje kot velika ovira sončnemu vetru in daje vesoljskim plovilom učinkovito površino 600 kvadratnih kilometrov, ko se začne s Zemlje. Kolikor se bolj oddaljuje od Zemlje, se njegovo efektivno območje do trenutka, ko doseže Jupiter, poveča na 1,200 kvadratnih kilometrov.
Ko sončno jadro začne izgubljati moč, električno jadro samo še pospešuje. Pravzaprav bi še naprej pospeševal mimo orbite Urana.
Če se tehnologija uvede, bi lahko misija HERTS dosegla heliopavzo v samo 10 letih. Voyagerju je bilo potrebnih 15 let, da je dosegel to razdaljo, 121 astronomskih enot od Sonca.
Kaj pa krmilje? S spreminjanjem napetosti na vsaki žici, ko se vesoljsko plovilo vrti, bi lahko celotno jadro na eni ali drugi strani vplivalo drugače na sončni veter. Lahko bi usmerjali celotno vesoljsko plovilo kot jadra na čolnu.
Septembra 2017 je skupina raziskovalcev s finskega meteorološkega inštituta objavila precej radikalno idejo, kako bodo morda lahko uporabili električna jadra za celovito raziskovanje asteroidnega pasu.
Namesto enega vesoljskega plovila so predlagali izgradnjo flote z 50 ločenimi 5-kilogramskimi sateliti. Vsak od njih bi odpel svoj 20 km dolg privez in lovil sončni veter Sonca. Med triletno misijo bi vesoljsko plovilo odpotovalo do asteroidnega pasu in obiskalo več različnih vesoljskih skal. Celotna flota bi verjetno lahko raziskala 300 ločenih predmetov.
Vsako vesoljsko plovilo bi bilo opremljeno z majhnim teleskopom z le 40 mm odprtino. To je približno velikost opaznega območja ali pol para daljnogleda, vendar bi bilo dovolj, da razrešite lastnosti na površini asteroida, ki so široke najmanj 100 metrov. Imeli bi tudi infrardeči spektrometer, s katerim lahko določimo, iz katerih mineralov je sestavljen vsak asteroid.
To je odličen način, da najdete 10 milijard dolarjev asteroid iz trdne platine.
Ker bi bilo vesoljsko plovilo premalo, da bi lahko komunicirali vse do Zemlje, bi morali podatke shraniti na krovu in nato 3 leta pozneje prenesti vse, ko pridejo mimo našega planeta.
Planetarni znanstveniki, s katerimi sem govoril, imajo radi idejo, da bi lahko hkrati preiskovali več različnih predmetov, ideja o električnem jadru pa je ena izmed najučinkovitejših metod.
Po mnenju raziskovalcev bi lahko to nalogo opravili za približno 70 milijonov dolarjev, s čimer so stroški za analizo vsakega asteroida znižali na približno 240.000 dolarjev. To bi bilo v primerjavi s katero koli drugo predlagano metodo preučevanja asteroidov poceni.
Raziskovanje vesolja uporablja tradicionalne kemične rakete, ker so znane in zanesljive. Seveda imajo svoje pomanjkljivosti, vendar so nas popeljali po Osončju, na milijarde kilometrov stran od Zemlje.
Toda v delih obstajajo tudi druge oblike pogona, kot je električno jadro. V prihodnjih desetletjih bomo vse več teh idej preizkušali. Pogonski sistem brez goriva, ki lahko prevaža vesoljsko plovilo v zunanji doseg Osončja? Da, prosim.
Ob pregledu več električnih jader vas bom objavljal.
Podcast (zvok): Prenos (Trajanje: 10:10 - 9.3 MB)
Naročite se: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Prenos (Trajanje: 10:10 - 69,3 MB)
Naročite se: Apple Podcasts | Android | RSS
