Všichni jsme obeznámeni s myšlenkou solárních plachet prozkoumat Sluneční soustavu pomocí světelného tlaku ze Slunce. Ale je tu další pohonný systém, který by mohl využít sílu Slunce, elektrické plachty a je to docela vzrušující nápad.
Před několika týdny jsem se zabýval otázkou, kterou měl někdo o mých oblíbených exotických pohonných systémech, a zahřál jsem několik nápadů, které mi připadají vzrušující: sluneční plachty, jaderné rakety, iontové motory atd. Ale existuje i další pohonný systém, který neustále přichází a úplně jsem to zapomněl zmínit, ale je to jeden z nejlepších nápadů, které jsem za chvíli slyšel: elektrické plachty.
Jak asi víte, sluneční plachta funguje tak, že využívá fotony světla proudícího od Slunce. Přestože jsou fotony bezhmotné, mají dynamiku a mohou je přenášet, když se odrazí od odrazného povrchu.
Kromě světla Sun také fouká stálý proud nabitých částic - sluneční vítr. Tým inženýrů z Finska, vedený Dr. Pekkou Janhunenem, navrhl postavit elektrickou plachtu, která bude tyto částice používat k přepravě kosmických lodí do sluneční soustavy.
Abychom pochopili, jak to funguje, musím do vašeho mozku zasáhnout několik konceptů.
Za prvé, Slunce. Ta smrtící koule záření na obloze. Jak asi víte, je zde stálý proud nabitých částic, hlavně elektronů a protonů, který ze všech směrů utéká od Slunce.
Astronomové si nejsou úplně jisti, jak, ale nějaký mechanismus v sluneční koroně, její horní atmosféra, urychluje tyto částice únikovou rychlostí. Jejich rychlost se pohybuje od 250 do 750 km / s.
Sluneční vítr putuje od Slunce a ven do vesmíru. Vidíme její účinky na komety, které jim dávají jejich charakteristické ocasy, a vytváří kolem Sluneční soustavy bublinu známou jako heliosféra. Zde se sluneční vítr ze Slunce setkává s kolektivními slunečními větry od ostatních hvězd Mléčné dráhy.
Ve skutečnosti kosmická loď Voyager NASA nedávno prošla touto oblastí a konečně se vydala na cestu mezihvězdným vesmírem.
Sluneční vítr způsobuje přímý tlak, jako skutečný vítr, ale je neuvěřitelně slabý, zlomek světelného tlaku, který sluneční plachta zažívá.
Ale sluneční vítr obsahuje proud pozitivně nabitých protonů a elektronů, a to je klíč.
Elektrická plachta funguje navíjením neuvěřitelně tenkého drátu, jen 25 mikronů tlustého, ale dlouhého 20 kilometrů. Kosmická loď je vybavena solárními panely a elektronovou zbraní, která zabere jen několik set wattů.
Střelením elektronů do vesmíru udržuje kosmická loď vysoce pozitivní nabitý stav. Protože protony ze Slunce jsou také kladně nabity, když narazí na kladně nabitý postroj, „vidí“ to obrovskou překážku 100 metrů napříč a narazí do ní.
Přenesením jejich hybnosti do postroje a kosmické lodi jej ionty urychlují od Slunce.
Míra zrychlení je velmi slabá, ale je to konstantní tlak ze slunce a může se sčítat po dlouhou dobu. Například, kdyby kosmická loď o hmotnosti 1000 kg měla 100 těchto drátů rozprostírajících se ve všech směrech, mohla by zrychlit 1 mm za sekundu za sekundu.
V první vteřině cestuje 1 mm, v další vteřině 2 mm atd. V průběhu roku by tato kosmická loď mohla jet rychlostí 30 km / s. Jen pro srovnání, nejrychlejší kosmická loď tam, Voyager 1 NASA, je jen asi 17 km / s. Takže mnohem rychleji, určitě na únikové rychlosti ze Sluneční soustavy.
Jednou z nevýhod této metody je vlastně to, že nebude fungovat v magnetosféře Země. Kosmická loď poháněná elektrickou plachtou by tedy musela nést tradiční raketa pryč od Země, než by mohla rozvinout svou plachtu a vyrazit do hlubokého vesmíru.
Určitě vás zajímá, zda se jedná o jednosměrný výlet, který se dá dostat ze Slunce, ale ve skutečnosti tomu tak není. Stejně jako u solárních plachet lze i elektrickou plachtu otáčet. Podle toho, na kterou stranu plachty dopadne sluneční vítr, zvedne nebo sníží oběžné dráhy kosmické lodi ze Slunce.
Udeřte plachtu na jedné straně a zvedněte její oběžnou dráhu a cestujte do vnější sluneční soustavy. Ale mohli byste také udeřit na druhou stranu a snížit její oběžnou dráhu, což jí umožnilo jít dolů do vnitřní sluneční soustavy. Je to neuvěřitelně všestranný pohonný systém a slunce dělá veškerou práci.
Ačkoli to zní jako sci-fi, ve skutečnosti je v dílech několik testů. Estonský prototyp satelitu byl vypuštěn v roce 2013, ale jeho motoru se nepodařilo navíjet postroj. Finský satelit Aalto-1 byl vypuštěn v červnu 2017 a jedním z jeho experimentů je vyzkoušení elektrické plachty.
Měli bychom zjistit, zda je tato technika životaschopná koncem tohoto roku.
Nejsou to jen Finové, kdo zvažují tento pohonný systém. V roce 2015 NASA oznámila, že dr. Pekkovi Janhunenovi a jeho týmu udělilo grant Phase II Inovativní pokročilé koncepty, aby prozkoumali, jak lze tuto technologii použít k dosažení vnější sluneční soustavy za méně času než jiné metody.
Heliopause Electrostatic Rapid Transit System nebo HERTS kosmická loď by rozšířila 20 těchto elektrických postrojů směrem ven ze středu a vytvořila obrovskou kruhovou elektrickou plachtu, která zachytí sluneční vítr. Pomalým otáčením kosmické lodi budou odstředivé síly natahovat postroje do tohoto kruhového tvaru.
Díky svému kladnému náboji působí každý postroj jako obrovská bariéra proti slunečnímu větru a dává kosmické lodi účinnou plochu 600 čtverečních kilometrů, jakmile se vypustí ze Země. Když se ale dostane dál, ze Země se její efektivní plocha v době, kdy dosáhne Jupiteru, zvětší na ekvivalent 1 200 km2.
Když solární plachta začne ztrácet energii, elektrická plachta se stále zrychluje. Ve skutečnosti by se to zrychlovalo kolem orbity Uranu.
Pokud bude technologie fungovat, mise HERTS by mohla dosáhnout heliopause za pouhých 10 let. Voyageru trvalo 35 let, než dosáhl této vzdálenosti, 121 astronomických jednotek od Slunce.
Ale co řízení? Změnou napětí na každém drátu, jak se kosmická loď otáčí, byste mohli nechat celou plachtu vzájemně reagovat na jedné nebo druhé straně vůči slunečnímu větru. Můžete řídit celou kosmickou loď jako plachty na lodi.
V září 2017 tým vědců z Finského meteorologického ústavu oznámil docela radikální nápad, jak by mohli být schopni používat elektrické plachty k úplnému prozkoumání pásu asteroidů.
Místo jediné kosmické lodi navrhli vybudovat flotilu 50 samostatných 5 kg satelitů. Každý z nich vytáhl svůj vlastní 20 km dlouhý postroj a zachytil sluneční vítr. Během 3leté mise by kosmická loď odcestovala k pásu asteroidů a navštívila několik různých kosmických hornin. Celá flotila by pravděpodobně mohla prozkoumat 300 samostatných objektů.
Každá kosmická loď by byla vybavena malým dalekohledem s otvorem jen 40 mm. Jde o velikost pozorovacího pole nebo o polovinu dalekohledu, ale stačilo by vyřešit rysy na povrchu asteroidu o průměru pouhých 100 metrů. Měli by také infračervený spektrometr, aby mohli určit, z jakých minerálů je každý asteroid vyroben.
To je skvělý způsob, jak zjistit, že asteroid 10 bilionů dolarů je vyroben z pevné platiny.
Protože kosmická loď by byla příliš malá na to, aby sdělovala celou cestu zpět na Zemi, musela by ukládat data na palubu a poté, co by se o tři roky později dostali kolem naší planety, přenesli všechno.
Planetární vědci, s nimiž jsem hovořil, miloval myšlenku, že dokážeme prozkoumat tyto různé objekty současně, a myšlenka elektrické plachty je jednou z nejúčinnějších metod, jak toho dosáhnout.
Podle vědců by mohli udělat misi za asi 70 milionů dolarů, čímž náklady na analýzu každého asteroidu klesnou na asi 240 000 dolarů. To by bylo levné ve srovnání s jakoukoli jinou metodou navrhovanou pro studium asteroidů.
Průzkum vesmíru využívá tradiční chemické rakety, protože jsou známé a spolehlivé. Jistě, že mají své nedostatky, ale vzali nás přes Sluneční soustavu na miliardy kilometrů od Země.
V dílech však existují i jiné formy pohonu, jako je elektrická plachta. A v příštích desetiletích uvidíme další a další z těchto myšlenek, které se testují. Pohonný systém bez paliva, který může nést kosmickou loď do vnějšího dosahu sluneční soustavy? Ano prosím.
Budu vás informovat, až bude testováno více elektrických plachet.
Podcast (audio): Stáhnout (Trvání: 10:10 - 9,3 MB)
Přihlásit se k odběru: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Stáhnout (Trvání: 10:10 - 69,3 MB)
Přihlásit se k odběru: Apple Podcasts | Android | RSS
