Ми всі знайомі з ідеєю сонячних вітрил для дослідження Сонячної системи, використовуючи світловий тиск від Сонця. Але є ще одна система приведення в рух, яка може використовувати силу Сонця, електричні вітрила, і це дуже захоплююча ідея.
Кілька тижнів тому я вирішив питання, який у когось виникає про мої улюблені екзотичні системи приведення в рух, і я здригнувся з кількох ідей, які мені здаються захоплюючими: сонячні вітрила, ядерні ракети, іонні двигуни тощо. , і я зовсім забув згадати, але це одна з найкращих ідей, яку я чув за деякий час: електричні вітрила.
Як ви, напевно, знаєте, сонячне вітрило працює, використовуючи фотони світла, що витікає із Сонця. Незважаючи на те, що фотони безмасштабні, вони мають імпульс і можуть передавати це, коли вони відскакують від світловідбиваючої поверхні.
Окрім світла, Сонце видуває і постійний потік заряджених частинок - сонячний вітер. Команда інженерів з Фінляндії на чолі з доктором Пеккою Янхунен запропонувала побудувати електричне вітрило, яке використовуватиме ці частинки для перенесення космічних кораблів у Сонячну систему.
Щоб зрозуміти, як це працює, мені потрібно забити декілька понять у ваш мозок.
По-перше, Сонце. Та смертоносна куля випромінювання в небі. Як ви, напевно, знаєте, є постійний потік заряджених частинок, в основному електронів і протонів, відводячи від Сонця в усі сторони.
Астрономи не зовсім впевнені, як, але якийсь механізм у корони Сонця, його верхній атмосфері, прискорює ці частинки зі швидкістю втечі. Їх швидкість коливається від 250 до 750 км / с.
Сонячний вітер відлітає від Сонця і виходить у космос. Ми бачимо його вплив на комети, надаючи їм характерні хвости, і він утворює міхур навколо Сонячної системи, відомий як геліосфера. Саме тут сонячний вітер від Сонця зустрічається з колективними сонячними вітрами від інших зірок Чумацького Шляху.
Насправді космічний апарат NASA Voyager нещодавно пройшов через цей регіон, нарешті пробравшись до міжзоряного простору.
Сонячний вітер справді викликає прямий тиск, як власне вітер, але він неймовірно слабкий, частину світлового тиску, яку відчуває сонячне вітрило.
Але сонячний вітер містить потік позитивно заряджених протонів і електронів, і це є ключовим.
Електричний вітрило працює, випромінюючи неймовірно тонкий провід, товщиною всього 25 мкм, але 20 кілометрів. Космічний апарат обладнаний сонячними батареями та електронним пістолетом, для якого потрібно всього кілька сотень ват.
Стріляючи електрони в космос, космічний апарат підтримує вкрай позитивний заряджений стан. Оскільки протони із Сонця також позитивно заряджаються, коли вони стикаються із позитивно зарядженим тетером, вони "бачать" це величезну перешкоду в 100 метрів і врізаються в нього.
Надаючи свій імпульс тетеру і космічному апарату, іони прискорюють його від Сонця.
Обсяг прискорення дуже слабкий, але це постійний тиск від Сонця і може збільшуватися протягом тривалого періоду часу. Наприклад, якби на 1000 кг космічного корабля було 100 проводів, що простягалися в усіх напрямках, воно могло б отримати прискорення до 1 мм за секунду.
У першу секунду він проходить 1 мм, а потім 2 мм у наступну секунду тощо. Протягом року цей космічний корабель міг рухатись 30 км / с. Для порівняння, найшвидший космічний корабель там, NASA's Voyager 1, просто рухається приблизно в 17 км / с. Отже, набагато швидше, безумовно, на швидкості втечі від Сонячної системи.
Одним із мінусів цього методу є те, що він не працюватиме в межах магнітосфери Землі. Таким чином, космічний корабель, що працює на вітрилі, повинен був переноситись традиційною ракетою далеко від Землі, перш ніж він міг би розгорнути вітрило і відправитися у глибокий космос.
Я впевнений, що вам цікаво, чи це одностороння поїздка піти від Сонця, але насправді це не так. Так само, як при сонячних вітрилах, електричне вітрило може бути поворотним. Залежно від того, в яку сторону вітрила потрапляє сонячний вітер, він або піднімає, або опускає орбіту космічного корабля від Сонця.
Ударте вітрило з одного боку, і ви піднімете його орбіту для подорожі до зовнішньої Сонячної системи. Але ви також можете вдарити по іншій стороні і опустити її орбіту, дозволяючи їй рухатися вниз у внутрішню Сонячну систему. Це неймовірно універсальна система руху, а Сонце робить всю роботу.
Хоча це звучить як наукова фантастика, у творах насправді є деякі тести. Супутник естонського прототипу був запущений ще в 2013 році, але його мотор не зміг відмовити тетер. Фінський супутник Aalto-1 був запущений у червні 2017 року, і один з його експериментів - випробувати електричне вітрило.
Ми повинні з'ясувати, чи є методика життєздатною пізніше цього року.
Не тільки фіни розглядають цю систему руху. У 2015 році NASA оголосили, що вони надали доктор Пекка Янхунен та його команду грантові розробки II фази для інноваційних розробок, щоб дослідити, як ця технологія може бути використана для досягнення зовнішньої Сонячної системи за менший час, ніж інші методи.
Електростатична система швидкого транзиту Геліопауза, або космічний корабель HERTS, поширить 20 цих електричних тетерів назовні від центру, утворюючи величезний круговий електричний вітрило для лову сонячного вітру. Повільно обертаючи космічний апарат, відцентрові сили розтягуватимуть тетри в цю кругову форму.
Своїм позитивним зарядом кожен тетер діє як величезний бар'єр для сонячного вітру, надаючи космічному кораблю ефективну площу поверхні 600 квадратних кілометрів, коли він запускається із Землі. Однак, коли він стає далі, від Землі його ефективна площа збільшується до еквівалента 1200 квадратних км до часу, коли він досягне Юпітера.
Коли сонячне вітрило починає втрачати силу, електричне вітрило просто продовжує прискорюватися. Насправді це продовжувало б пришвидшуватися поза орбітою Урана.
Якщо технологія спрацює, місія HERTS може досягти геліопаузи всього за 10 років. Щоб досягти цієї відстані, Вояджеру було 35 років, 121 астрономічні одиниці від Сонця.
А як щодо рульового управління? Змінюючи напругу на кожному дроті під час обертання космічного корабля, ви могли змусити цілий вітрил по-різному взаємодіяти з тієї чи іншої сторони на сонячний вітер. Ви могли керувати цілим космічним кораблем, як вітрила на човні.
У вересні 2017 року команда дослідників Фінського метеорологічного інституту оголосила досить радикальну ідею про те, як вони могли б використовувати електричні вітрила для всебічного дослідження поясу астероїдів.
Замість одного космічного корабля вони запропонували побудувати флот із 50 окремих 5-кг супутників. Кожен з них змотував би свій 20-кілометровий зв’язок і ловив сонячний вітер. Під час трирічної місії космічний корабель вилетів би до поясу астероїдів і відвідав кілька різних космічних скель. Повний флот, ймовірно, міг би дослідити 300 окремих об'єктів.
Кожен космічний корабель був би обладнаний невеликим телескопом із діафрагмою лише 40 мм. Йдеться про розмір плями плямистості або пів пари біноклів, але цього було б достатньо, щоб вирішити особливості на поверхні астероїда заввишки 100 метрів. Вони також мають інфрачервоний спектрометр, щоб можна було визначити, з яких мінералів складається кожен астероїд.
Це прекрасний спосіб знайти той астероїд у 10 трильйонів доларів із твердої платини.
Оскільки космічний корабель був би занадто малим, щоб повідомляти весь шлях до Землі, їм потрібно було б зберігати дані на борту, а потім передавати все, коли вони пройдуть мимо нашої планети через 3 роки.
Планетарні вчені, з якими я говорив, люблять ідею можливості одночасно обстежувати це багато різних об'єктів, і ідея електричного вітрила - один з найефективніших методів.
На думку дослідників, вони могли б виконати місію приблизно за 70 мільйонів доларів, знизивши вартість аналізу кожного астероїда приблизно до 240 000 доларів. Це було б дешево порівняно з будь-яким іншим методом дослідження астероїдів.
Космічні дослідження використовують традиційні хімічні ракети, оскільки вони відомі та надійні. Звичайно, вони мають свої недоліки, але вони перевезли нас по Сонячній системі, на мільярди кілометрів від Землі.
Але в роботах є й інші форми приводу, як електричне вітрило. І протягом найближчих десятиліть ми будемо бачити все більше і більше цих ідей, випробуваних. Система безпаливного двигуна, яка може перевозити космічний корабель у зовнішні потоки Сонячної системи? Так, будь ласка.
Я буду повідомляти вас, коли буде перевірено більше електричних вітрил.
Podcast (аудіо): Завантажити (Тривалість: 10:10 - 9.3MB)
Підписатися: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (відео): Завантажити (Тривалість: 10:10 - 69,3MB)
Підписатися: Apple Podcasts | Android | RSS
