Είμαστε όλοι εξοικειωμένοι με την ιδέα των ηλιακών πανιών να εξερευνήσουμε το Ηλιακό Σύστημα, χρησιμοποιώντας την ελαφριά πίεση από τον Ήλιο. Αλλά υπάρχει ένα άλλο σύστημα πρόωσης που θα μπορούσε να αξιοποιήσει τη δύναμη του Ήλιου, ηλεκτρικά πανιά και είναι μια πολύ συναρπαστική ιδέα.
Πριν από λίγες εβδομάδες, αντιμετώπισα μια ερώτηση που είχε κάποιος σχετικά με τα αγαπημένα μου εξωτικά συστήματα πρόωσης και έριξα μερικές ιδέες που βρίσκω συναρπαστικές: ηλιακά πανιά, πυρηνικοί πύραυλοι, κινητήρες ιόντων κ.λπ. Αλλά υπάρχει ένα άλλο σύστημα πρόωσης που συνεχίζει να εμφανίζεται , και ξέχασα εντελώς να αναφέρω, αλλά είναι μια από τις καλύτερες ιδέες που έχω ακούσει για λίγο: ηλεκτρικά πανιά.
Όπως ίσως γνωρίζετε, ένα ηλιακό πανί λειτουργεί αξιοποιώντας τα φωτόνια της ροής του φωτός από τον Ήλιο. Αν και τα φωτόνια είναι μαζικά, έχουν ορμή και μπορούν να τα μεταφέρουν όταν αναπηδούν από μια ανακλαστική επιφάνεια.
Εκτός από το φως, ο Ήλιος εκτοξεύει επίσης μια σταθερή ροή φορτισμένων σωματιδίων - τον ηλιακό άνεμο. Μια ομάδα μηχανικών από τη Φινλανδία, με επικεφαλής τον Δρ. Pekka Janhunen, πρότεινε την κατασκευή ενός ηλεκτρικού πανιού που θα χρησιμοποιήσει αυτά τα σωματίδια για να μεταφέρει διαστημόπλοια στο Ηλιακό Σύστημα.
Για να καταλάβω πώς λειτουργεί αυτό, θα πρέπει να βάλω μερικές έννοιες στον εγκέφαλό σας.
Πρώτον, ο Ήλιος. Αυτή η θανατηφόρα μπάλα ακτινοβολίας στον ουρανό. Όπως ίσως γνωρίζετε, υπάρχει μια σταθερή ροή φορτισμένων σωματιδίων, κυρίως ηλεκτρονίων και πρωτονίων, που απομακρύνονται από τον Ήλιο προς όλες τις κατευθύνσεις.
Οι αστρονόμοι δεν είναι απολύτως σίγουροι πώς, αλλά κάποιος μηχανισμός στην κορώνα του Ήλιου, η ανώτερη ατμόσφαιρά του, επιταχύνει αυτά τα σωματίδια με ταχύτητα διαφυγής. Η ταχύτητά τους κυμαίνεται από 250 έως 750 km / s.
Ο ηλιακός άνεμος ταξιδεύει μακριά από τον Ήλιο και βγαίνει στο διάστημα. Βλέπουμε τα αποτελέσματά του στους κομήτες, δίνοντάς τους τις χαρακτηριστικές τους ουρές και σχηματίζει μια φούσκα γύρω από το Ηλιακό Σύστημα γνωστό ως ηλιόσφαιρα. Αυτό είναι όπου ο ηλιακός άνεμος από τον Ήλιο συναντά τους συλλογικούς ηλιακούς ανέμους από τα άλλα αστέρια του Γαλαξία μας.
Στην πραγματικότητα, το διαστημικό σκάφος Voyager της NASA πέρασε πρόσφατα από αυτήν την περιοχή, και τελικά έφτασε στο διαστρικό διάστημα.
Ο ηλιακός άνεμος προκαλεί άμεση πίεση, όπως ένας πραγματικός άνεμος, αλλά είναι απίστευτα αδύναμος, ένα κλάσμα της ελαφριάς πίεσης που βιώνει ένα ηλιακό πανί.
Αλλά ο ηλιακός άνεμος περιέχει ένα ρεύμα θετικά φορτισμένων πρωτονίων και ηλεκτρονίων, και αυτό είναι το κλειδί.
Ένα ηλεκτρικό πανί λειτουργεί ξετυλίγοντας ένα απίστευτα λεπτό σύρμα, πάχους μόλις 25 μικρών, αλλά μήκους 20 χιλιομέτρων. Το διαστημικό σκάφος είναι εξοπλισμένο με ηλιακούς συλλέκτες και ένα πυροβόλο όπλο ηλεκτρονίων το οποίο διαρκεί μόνο μερικές εκατοντάδες βατ.
Με την εκτόξευση ηλεκτρονίων στο διάστημα, το διαστημικό σκάφος διατηρεί μια πολύ θετική κατάσταση φόρτισης. Δεδομένου ότι τα πρωτόνια από τον Ήλιο φορτίζονται επίσης θετικά, όταν συναντούν το θετικά φορτισμένο δέσιμο, το «βλέπουν» ένα τεράστιο εμπόδιο 100 μέτρα απέναντι και συντρίβουν σε αυτό.
Μεταδίδοντας την ορμή τους στο δέσιμο και το διαστημικό σκάφος, τα ιόντα το επιταχύνουν μακριά από τον Ήλιο.
Η επιτάχυνση είναι πολύ αδύναμη, αλλά είναι συνεχής πίεση από τον Ήλιο και μπορεί να αυξηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Για παράδειγμα, εάν ένα διαστημικό σκάφος 1000 κιλών είχε 100 από αυτά τα καλώδια που εκτείνονται προς όλες τις κατευθύνσεις, θα μπορούσε να λάβει επιτάχυνση 1 mm ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο.
Στο πρώτο δευτερόλεπτο ταξιδεύει 1 mm, και στη συνέχεια 2 mm το επόμενο δευτερόλεπτο, κ.λπ. Κατά τη διάρκεια ενός έτους, αυτό το διαστημικό σκάφος θα μπορούσε να διανύσει 30 km / s. Συγκριτικά, το γρηγορότερο διαστημικό σκάφος εκεί έξω, το Voyager 1 της NASA, διανύει περίπου 17 km / s. Έτσι, πολύ πιο γρήγορα, σίγουρα με ταχύτητα διαφυγής από το Ηλιακό Σύστημα.
Ένα από τα μειονεκτήματα της μεθόδου, στην πραγματικότητα, είναι ότι δεν θα λειτουργήσει στη μαγνητόσφαιρα της Γης. Έτσι, ένα ηλεκτρικό διαστημικό σκάφος με ιστιοφόρο θα πρέπει να μεταφέρεται από έναν παραδοσιακό πύραυλο μακριά από τη Γη πριν μπορέσει να ξετυλίξει το πανί του και να κατευθυνθεί προς το βαθύ διάστημα.
Είμαι σίγουρος ότι αναρωτιέστε αν πρόκειται για μονόδρομο ταξίδι για να ξεφύγετε από τον Ήλιο, αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι. Όπως και με τα ηλιακά πανιά, ένα ηλεκτρικό πανί μπορεί να περιστραφεί. Ανάλογα με το ποια πλευρά του ιστού χτυπά ο ηλιακός άνεμος, ανεβαίνει ή χαμηλώνει την τροχιά του διαστημικού σκάφους από τον Ήλιο.
Χτυπήστε το πανί από τη μία πλευρά και ανεβείτε την τροχιά του για να ταξιδέψετε στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Αλλά θα μπορούσατε επίσης να χτυπήσετε την άλλη πλευρά και να χαμηλώσετε την τροχιά της, επιτρέποντάς της να ταξιδέψει κάτω στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα. Είναι ένα εξαιρετικά ευέλικτο σύστημα πρόωσης και ο Ήλιος κάνει όλη τη δουλειά.
Αν και αυτό ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία, υπάρχουν πραγματικά κάποιες δοκιμές στα έργα. Ένας πρωτότυπος δορυφόρος της Εσθονίας κυκλοφόρησε το 2013, αλλά ο κινητήρας του απέτυχε να ξεδιπλώσει την πρόσδεση. Ο δορυφόρος Aalto-1 της Φινλανδίας εκτοξεύτηκε τον Ιούνιο του 2017 και ένα από τα πειράματά του είναι να δοκιμάσει ένα ηλεκτρικό πανί.
Πρέπει να μάθουμε αν η τεχνική είναι βιώσιμη αργότερα μέσα στο έτος.
Δεν είναι μόνο οι Φινλανδοί που μελετούν αυτό το σύστημα προώθησης. Το 2015, η NASA ανακοίνωσε ότι είχε χορηγήσει μια επιχορήγηση καινοτόμων προηγμένων εννοιών Φάσης II στον Δρ. Pekka Janhunen και την ομάδα του για να διερευνήσουν πώς αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να φτάσει στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα σε λιγότερο χρόνο από άλλες μεθόδους.
Το Heliopause Electrostatic Rapid Transit System, ή το διαστημικό σκάφος HERTS, θα επέκτεινε 20 από αυτά τα ηλεκτρικά δέστρα έξω από το κέντρο, σχηματίζοντας ένα τεράστιο κυκλικό ηλεκτρικό πανί για να πιάσει τον ηλιακό άνεμο. Περιστρέφοντας σιγά-σιγά το διαστημικό σκάφος, οι φυγοκεντρικές δυνάμεις θα τεντώσουν τα δόντια σε αυτό το κυκλικό σχήμα.
Με το θετικό φορτίο του, κάθε πρόσδεση ενεργεί σαν ένα τεράστιο φράγμα στον ηλιακό άνεμο, δίνοντας στο διαστημικό σκάφος μια αποτελεσματική επιφάνεια 600 τετραγωνικών χιλιομέτρων μόλις ξεκινήσει από τη Γη. Όσο πλησιάζει, από τη Γη, η αποτελεσματική της έκταση αυξάνεται στα 1.200 τετραγωνικά χιλιόμετρα τη στιγμή που φτάνει στον Δία.
Όταν ένα ηλιακό πανί αρχίζει να χάνει ενέργεια, ένα ηλεκτρικό πανί συνεχίζει να επιταχύνεται. Στην πραγματικότητα, θα συνέχιζε να επιταχύνεται πέρα από την τροχιά του Ουρανού.
Εάν η τεχνολογία λειτουργεί, η αποστολή HERTS θα μπορούσε να φτάσει στην ηλιόπαυση σε μόλις 10 χρόνια. Χρειάστηκαν 1 35 χρόνια στο Voyager για να φτάσει σε αυτήν την απόσταση, 121 αστρονομικές μονάδες από τον Ήλιο.
Τι γίνεται όμως με το τιμόνι; Αλλάζοντας την τάση σε κάθε καλώδιο καθώς περιστρέφεται το διαστημόπλοιο, θα μπορούσατε να κάνετε ολόκληρο το πανί να αλληλεπιδρά διαφορετικά στη μία πλευρά ή στην άλλη στον ηλιακό άνεμο. Θα μπορούσατε να οδηγήσετε ολόκληρο το διαστημικό σκάφος σαν τα πανιά σε μια βάρκα.
Τον Σεπτέμβριο του 2017, μια ομάδα ερευνητών του Φινλανδικού Μετεωρολογικού Ινστιτούτου ανακοίνωσε μια αρκετά ριζοσπαστική ιδέα για το πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν ηλεκτρικά πανιά για να εξερευνήσουν διεξοδικά τον αστεροειδή ιμάντα.
Αντί για ένα διαστημικό σκάφος, πρότειναν την κατασκευή ενός στόλου 50 ξεχωριστών δορυφόρων 5 κιλών. Ο καθένας θα ξεδιπλώσει το δικό του δέσιμο μήκους 20 χλμ και θα πιάσει τον ηλιακό άνεμο του Ήλιου. Κατά τη διάρκεια μιας τριετούς αποστολής, το διαστημικό σκάφος ταξίδευε στον αστεροειδή ιμάντα και επισκέφτηκε διάφορους διαστημικούς βράχους. Ο πλήρης στόλος θα μπορούσε πιθανώς να εξερευνήσει 300 ξεχωριστά αντικείμενα.
Κάθε διαστημικό σκάφος θα ήταν εξοπλισμένο με ένα μικρό τηλεσκόπιο με διάφραγμα μόνο 40 mm. Πρόκειται για το μέγεθος ενός εύρους εντοπισμού, ή μισό ζευγάρι κιάλια, αλλά θα ήταν αρκετό για την επίλυση χαρακτηριστικών στην επιφάνεια ενός αστεροειδούς τόσο μικρού μήκους όσο 100 μέτρων. Θα είχαν επίσης ένα υπέρυθρο φασματόμετρο για να είναι σε θέση να προσδιορίσουν από ποια ορυκτά κατασκευάζεται κάθε αστεροειδής.
Αυτός είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να βρείτε αυτόν τον αστεροειδή 10 τρισεκατομμυρίων δολαρίων από συμπαγή πλατίνα.
Επειδή το διαστημικό σκάφος θα ήταν πολύ μικρό για να επικοινωνήσει μέχρι τη Γη, θα χρειαζόταν να αποθηκεύσει τα δεδομένα επί του σκάφους και, στη συνέχεια, να τα μεταδώσει όλα μόλις περάσουν τον πλανήτη μας 3 χρόνια αργότερα.
Οι πλανητικοί επιστήμονες έχω μιλήσει για να λατρέψω την ιδέα να μπορέσω να μελετήσω ταυτόχρονα πολλά διαφορετικά αντικείμενα και η ιδέα του ηλεκτρικού πανιού είναι μια από τις πιο αποτελεσματικές μεθόδους για να το κάνουμε.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, θα μπορούσαν να κάνουν την αποστολή για περίπου 70 εκατομμύρια δολάρια, μειώνοντας το κόστος για την ανάλυση κάθε αστεροειδούς σε περίπου 240.000 $. Αυτό θα ήταν φθηνό σε σύγκριση με οποιαδήποτε άλλη μέθοδο που προτείνεται για τη μελέτη των αστεροειδών.
Η εξερεύνηση του διαστήματος χρησιμοποιεί παραδοσιακούς χημικούς πυραύλους επειδή είναι γνωστοί και αξιόπιστοι. Σίγουρα έχουν τα μειονεκτήματά τους, αλλά μας έχουν μεταφέρει στο Ηλιακό Σύστημα, σε δισεκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη.
Υπάρχουν όμως και άλλες μορφές πρόωσης στα έργα, όπως το ηλεκτρικό πανί. Και τις επόμενες δεκαετίες, θα δούμε όλο και περισσότερες από αυτές τις ιδέες να δοκιμάζονται. Ένα σύστημα πρόωσης χωρίς καύσιμα που μπορεί να μεταφέρει ένα διαστημικό σκάφος στις εξωτερικές περιοχές του ηλιακού συστήματος; Ναι παρακαλώ.
Θα σας ενημερώνω όταν δοκιμάζονται περισσότερα ηλεκτρικά πανιά.
Podcast (ήχος): Λήψη (Διάρκεια: 10:10 - 9,3MB)
Εγγραφείτε: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (βίντεο): Λήψη (Διάρκεια: 10:10 - 69,3MB)
Εγγραφείτε: Apple Podcasts | Android | RSS
