Svima nam je poznata ideja sunčevih jedra za istraživanje Sunčevog sustava pomoću svjetlosnog pritiska Sunca. Ali postoji drugi pogonski sustav koji može iskoristiti snagu Sunca, električna jedra i to je prilično uzbudljiva ideja.
Prije nekoliko tjedana sam se bavio pitanjem nekoga o mojim omiljenim egzotičnim pogonskim sustavima, pa sam otpjevao nekoliko ideja koje su mi uzbudljive: solarna jedra, nuklearne rakete, ionski motori, itd. No postoji još jedan pogonski sustav koji se stalno pojavljuje , i potpuno sam zaboravio spomenuti, ali to je jedna od najboljih ideja koje sam čuo u neko vrijeme: električna jedra.
Kao što vjerojatno znate, solarno jedro djeluje tako što koristi fotone svjetlosti koji struju sa Sunca. Iako su fotoni bez mase, ipak imaju zamah i mogu ih prenijeti kad odskoče sa reflektirajuće površine.
Osim svjetlosti, Sunce puše i stalan tok nabijenih čestica - solarni vjetar. Tim inženjera iz Finske, predvođen dr. Pekkom Janhunen, predložio je izgradnju električnog jedra kojim će se te čestice koristiti za iznošenje svemirskih letjelica u Sunčev sustav.
Da bih razumio kako to funkcionira, morat ću vam ubaciti nekoliko koncepata u mozak.
Prvo, Sunce. Ta smrtonosna kugla zračenja na nebu. Kao što vjerojatno znate, postoji stalni tok nabijenih čestica, uglavnom elektrona i protona, koji u svim smjerovima prelaze daleko od Sunca.
Astronomi nisu potpuno sigurni kako, ali neki mehanizam u Sunčevoj koroni, gornjoj atmosferi, ubrzava ove čestice brzinom bijega. Njihova brzina varira od 250 do 750 km / s.
Solarni vjetar putuje dalje od Sunca i izlazi u svemir. Vidimo njegove učinke na komete, dajući im karakteristične repove, a on stvara mjehurić oko Sunčevog sustava poznat kao heliosfera. Ovdje se Sunčev vjetar od Sunca susreće sa kolektivnim solarnim vjetrovima drugih zvijezda u Mliječnom putu.
U stvari, NASA-in Voyager svemirski brod nedavno je prošao ovim krajem i konačno krenuo u međuzvjezdani prostor.
Solarni vjetar uzrokuje izravan pritisak, poput stvarnog vjetra, ali nevjerojatno je slab, djelić svjetlosnog pritiska koji solarno jedro doživljava.
Ali solarni vjetar sadrži mlaz pozitivno nabijenih protona i elektrona, i to je ključ.
Električno jedro djeluje tako da namota nevjerojatno tanku žicu, deblju tek 25 mikrona, ali dugu 20 kilometara. Svemirska letjelica opremljena je solarnim pločama i elektronskim pištoljem za pokretanje svega nekoliko stotina vata.
Pucanjem elektrona u svemir, svemirska letjelica održava visoko pozitivno nabijeno stanje. Budući da su protoni sa Sunca također pozitivno nabijeni, kad naiđu na pozitivno nabijeni privez, oni ga "vide" ogromnom preprekom u 100 metara i upadaju u njega.
Upućujući svoj zamah u teter i svemirsku letjelicu, ioni ga ubrzavaju dalje od Sunca.
Količina ubrzanja je vrlo slaba, ali to je stalan pritisak Sunca i može se sabirati tijekom dugog vremenskog razdoblja. Na primjer, ako se u svemirskoj letjelici od 1000 kg 100 ovih žica protezalo u svim smjerovima, moglo bi primiti ubrzanje od 1 mm u sekundi.
U prvoj sekundi putuje 1 mm, a zatim 2 mm u sljedećoj sekundi, itd. Tijekom godine, ovaj bi svemirski brod mogao ići 30 km / s. Samo za usporedbu, najbrži svemirski brod, NASA-in Voyager 1, kreće se oko 17 km / s. Dakle, mnogo brže, definitivno na brzini bijega iz Sunčevog sustava.
Jedna od nedostataka ove metode je ta što on neće raditi unutar magnetosfere Zemlje. Dakle, svemirski brod s električnim jedrom trebao bi se nositi tradicionalnom raketom dalje od Zemlje prije nego što bi mogao odvrnuti svoje jedro i krenuti u duboki svemir.
Siguran sam da se pitate je li ovo jednosmjerno putovanje smaknuti se od Sunca, ali zapravo nije. Kao i kod solarnih jedra, električno jedro može se okretati. Ovisno o kojoj strani je jedra solarni vjetar, ili podiže ili spušta orbitu svemirske letjelice.
Udarajte jedro s jedne strane i podižete njegovu orbitu za putovanje prema vanjskom Sunčevom sustavu. Ali mogli biste udariti i drugu stranu i spustiti njenu orbitu, dopuštajući joj da se spušta do unutarnjeg Sunčevog sustava. To je nevjerojatno svestran pogon, a Sunce sve radi.
Iako to zvuči kao znanstvena fantastika, u djelima se zapravo nalaze određeni testovi. Sajam prototipa Estonije lansiran je još 2013. godine, ali njegov motor nije uspio odviti remen. Finski satelit Aalto-1 lansiran je u lipnju 2017., a jedan od njegovih pokusa je ispitivanje električnog jedra.
Trebali bismo saznati je li tehnika održiva kasnije ove godine.
Nisu samo Finci ti koji razmišljaju o ovom pogonskom sustavu. U 2015. godini NASA je objavila da su dodijelili dotaciju Pekki Janhunenu i njegovom timu inovativnu naprednu fazu II za fazu II kako bi istražili na koji se način ova tehnologija može iskoristiti za postizanje vanjskog Sunčevog sustava za manje vremena nego druge metode.
Heliopauzni elektrostatički sustav za brzi tranzit, ili svemirska letjelica HERTS, proširila bi 20 ovih električnih priveza prema sredini, tvoreći veliko kružno električno jedro za hvatanje solarnog vjetra. Laganim okretanjem svemirske letjelice centrifugalne sile će ispružiti tetive u ovaj kružni oblik.
Svojim pozitivnim nabojem, svaki privez djeluje poput velike barijere sunčevom vjetru, daje svemirskoj letjelici efektivnu površinu od 600 četvornih kilometara nakon što se pokrene sa Zemlje. Kako se udaljava, od Zemlje, ipak, njegovo djelotvorno područje povećava se na 1,200 četvornih kilometara do vremena kada stigne do Jupitera.
Kad solarno jedro počne gubiti snagu, električno jedro samo nastavlja ubrzavati. U stvari, on bi nastavio ubrzavati izvan orbite Urana.
Ako tehnologija uspije, misija HERTS mogla bi dostići heliopauzu za samo 10 godina. Voyageru je trebalo 35 godina da dosegne ovu udaljenost, 121 astronomsku jedinicu od Sunca.
Ali što je s upravljanjem? Promjenom napona na svakoj žici kako se svemirski brod okreće, mogli biste imati čitavo jedro drugačije interakcije na jednoj ili drugoj strani na solarni vjetar. Možete upravljati cijelom svemirskom letjelicom poput jedra na brodu.
U rujnu 2017. tim istraživača Finskog meteorološkog zavoda objavio je prilično radikalnu ideju o tome kako bi mogli koristiti električna jedra za cjelovito istraživanje asteroidnog pojasa.
Umjesto jednog svemirskog broda, predložili su izgradnju flote od 50 zasebnih satelita od 5 kg. Svaki bi od njih izvukao svoj vlastiti pojas dugačak 20 km i uhvatio Sunčev sunčev vjetar. Tijekom trogodišnje misije svemirski brod putovao bi do pojasa asteroida i obišao nekoliko različitih svemirskih stijena. Kompletna flota vjerojatno bi mogla istražiti 300 zasebnih objekata.
Svaka svemirska letjelica bila bi opremljena malim teleskopom sa samo 40 mm otvorom. Riječ je o veličini opsega točka, ili pola para dalekozora, ali bilo bi dovoljno da riješite značajke na površini asteroida veličine čak 100 metara. Oni bi također imali infracrveni spektrometar za određivanje minerala od kojih je napravljen svaki asteroid.
To je sjajan način pronalaženja asteroida od 10 bilijuna dolara napravljenog od čvrste platine.
Budući da bi svemirska letjelica bila premala za komunikaciju sve do Zemlje, oni bi trebali pohraniti podatke na brod i zatim prenijeti sve kad prođu naš planet 3 godine kasnije.
Planetarni znanstvenici s kojima sam razgovarao obožavaju ideju da mogu istovremeno pregledati ovoliko različitih predmeta, a ideja električnog jedra jedna je od najučinkovitijih metoda za to.
Prema istraživačima, misiju bi mogli odraditi za oko 70 milijuna dolara, svodeći troškove analize svakog asteroida na oko 240 000 dolara. To bi bilo jeftino u usporedbi s bilo kojom drugom metodom koja je predložena za proučavanje asteroida.
Istraživanje svemira koristi tradicionalne kemijske rakete jer su poznate i pouzdane. Sigurno da imaju svoje nedostatke, ali prebacili su nas kroz Sunčev sustav, na milijarde kilometara udaljene od Zemlje.
Ali u djelima postoje i drugi oblici pokretanja, poput električnog jedra. Tijekom narednih desetljeća vidjet ćemo sve više i više tih ideja koje smo postavili na kušnju. Pogonski sustav bez goriva koji može letjeti svemirskim brodom u vanjske domete Sunčevog sustava? Da molim.
Obavijestit ću vas kada bude testirano više električnih jedara.
Podcast (zvuk): Preuzimanje (Trajanje: 10:10 - 9,3 MB)
Pretplatite se: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Preuzimanje (Trajanje: 10:10 - 69,3MB)
Pretplatite se: Apple Podcasts | Android | RSS
