Što je električna jedro? Još jedan egzotičan način za istraživanje Sunčevog sustava

LAPSUS BAND - LAŽO (Official Video) (Lipanj 2019).

Anonim

Svi smo upoznati s idejom solarnih jedara za istraživanje solarnog sustava, koristeći lagani pritisak od sunca. Ali postoji još jedan pogonski sustav koji može iskoristiti moć sunca, električnih jedara, i to je prilično uzbudljiva ideja.

Prije nekoliko tjedana uputio sam se na pitanje koje je netko imao o mojim najdražima egzotičnim pogonskim sustavima, a ja sam trgnuo nekoliko ideja koje mogu biti uzbudljive: solarne jedra, nuklearne rakete, ionske motore, itd. Ali postoji još jedan pogonski sustav koji se nastavlja, i potpuno sam zaboravio spomenuti, ali to je jedna od najboljih ideja koje sam čuo neko vrijeme: električne jedra.

Kao što vjerojatno znate, solarni jedro djeluje pomoću svjetlosti fotona koji struji od sunca. Iako fotoni su bez masnoća, oni imaju zamah i mogu ih prenijeti kada odbijaju reflektirajuću površinu.

Osim svjetla, sunce također puše neprekidan tok nabijenih čestica - sunčevog vjetra. Tim inženjera iz Finske, predvodio dr. Pekka Janhunen, predložio je izgradnju električne jedra koja će koristiti ove čestice da bi nosila svemirski brod u solarni sustav.

Da biste shvatili kako to funkcionira, morat ćete zakačiti nekoliko pojmova u mozak.

Prvo, sunce. Ta smrtonosna kugla zračenja na nebu. Kao što vjerojatno znate, postojano je strujanje nabijenih čestica, uglavnom elektrona i protona, koji se udaljuju od sunca u svim smjerovima.

Astronomi nisu posve sigurni kako, ali neki mehanizam u sunčevoj koronu, njegovom gornjoj atmosferi, ubrzava ove čestice brzinom bijega. Njihova brzina varira od 250 do 750 km / s.

Sunčev vjetar kreće se od sunca i izlazi u svemir. Vidimo njezine posljedice na komete, dajući im karakteristične repove i formira mjehur oko Sunčevog sustava poznatog kao heliosfera. Ovo je mjesto gdje sunčev vjetar od sunca susreće kolektivne sunčeve vjetrove od ostalih zvijezda na Mliječnom putu.

Zapravo, NASA-ina Voyagerova svemirska letjelica nedavno je prolazila kroz ovu regiju, konačno krenuvši prema međuzvjezdanom prostoru.

Sunčev vjetar uzrokuje izravni pritisak, poput stvarnog vjetra, ali je nevjerojatno slab, dio svjetlosnog pritiska koji se odvija kao solarni jedro.

Ali solarni vjetar je negativno napunjen, a to je ključ.

Električna jedra djeluje tako da izbaci nevjerojatno tanku žicu, samo 25 mikrona debljine, ali 20 kilometara dugo. Svemirska letjelica opremljena je solarnim pločama i elektronskim pištoljem, koja traje samo nekoliko stotina wata.

Snimanjem elektrona u svemir, svemirska letjelica održava visoko pozitivno napunjeno stanje. Kako se negativno napunjene čestice iz sunca susreću s pozitivno napunjenim vezom, oni "vide" veliku prepreku preko 100 metara i padne u nju.

Imajući njihov zamah u letvicu i letjelicu, ioni ga ubrzavaju od sunca.

Količina ubrzanja je vrlo slaba, ali je stalni pritisak sunca i može se nakupiti tijekom dugog vremenskog razdoblja. Na primjer, ako je svemirska letjelica od 1000 kg imala 100 takvih žica koja se protezala u svim smjerovima, može primiti ubrzanje od 1 mm u sekundi u sekundi.

U prvoj sekundi putuje 1 mm, a zatim 2 mm u sljedećoj sekundi, itd. Tijekom godine, ova svemirska letjelica mogla bi trajati 30 km / s. Samo za usporedbu, najbrža svemirska letjelica vani, NASA-inog Voyagera 1, samo je oko 17 km / s. Dakle, puno brže, definitivno na brzini bijega od Sunčevog sustava.

Jedna od manjih od metode, zapravo, jest to što neće raditi unutar Zemljine magnetosfere. Zato bi električna jedrilica s jedrilicom trebala biti odnesena tradicionalnom raketom daleko od Zemlje prije no što bi se mogla razviti jedro i izići u duboki prostor.

Sigurno se pitate je li ovo jednosmjerno putovanje da biste se udaljili od sunca, ali zapravo to nije. Baš kao kod solarnih jedra, električna jedra može se okretati. Ovisno o tome kojoj strani jedra pluta solarni vjetar, on ili podiže ili spušta orbitu letjelice od sunca.

Udarite jedro s jedne strane i podignite njegovu orbitu kako biste otišli na vanjski solarni sustav. Ali također možete udariti s druge strane i smanjiti njegovu orbitu, dopuštajući mu da se spusti u unutarnji solarni sustav. To je nevjerojatno svestran pogonski sustav, a sunce sve radi.

Iako ovo zvuči kao znanstvena fantastika, zapravo postoje neki testovi u djelima. Estonski satelit prototipa pokrenut je 2013. godine, ali motor nije uspio izbaciti nosač. Finski satelit Aalto-1 pokrenut je u lipnju 2017., a jedan od njegovih eksperimenata je testirati električnu jedro.

Trebali bismo saznati je li tehnika održiva kasnije ove godine.

To nisu samo Finci koji razmišljaju o ovom pogonskom sustavu. Godine 2015., NASA je priopćila dodjelu fina II inovativnih naprednih koncepata za Dr. Pekku Janhunen i njegov tim kako bi istražili kako se ta tehnologija može koristiti za postizanje vanjskog Sunčevog sustava u manje vremena od drugih metoda.

Sustav elektrostatičkog brzog transporta Heliopause, ili HERTS svemirska letjelica, proširio bi 20 tih električnih kotača prema van od središta, stvarajući ogromnu električnu jedra kružnu plovidbu kako bi uhvatili sunčani vjetar. Polaganim okretanjem svemirske letjelice, centrifugalne sile će se ispružiti u ovom kružnom obliku.

Svojim pozitivnim nabojem, svaka vezica djeluje kao velika prepreka sunčevom vjetru, dajući svemirskoj letjelici učinkovitu površinu od 600 četvornih kilometara nakon što se pokrene s Zemlje. Kao što je dalje, s Zemlje, međutim, njegovo djelotvorno područje povećava se na ekvivalent od 1200 četvornih kilometara do trenutka kada dosegne Jupiter.

Kada solarna jedra počnu gubiti snagu, električna jedro samo se ubrzava. Zapravo, nastavit će se ubrzati izvan orbite Urana.

Ako tehnologija radi, HERTS misija bi mogla doći do heliopauze u samo 10 godina. Trebalo je Voyager 1 35 godina da dosegne ovu udaljenost, 121 astronomske jedinice od sunca.

Ali što je s upravljanjem? Mijenjanjem napona na svakoj žici dok se svemirska letjelica okreće, cijelu jedro mogu imati različite načine na jednoj ili drugoj strani na solarnom vjetru. Možete upravljati čitavom letjelicom poput jedra na brodu.

U rujnu 2017, tim istraživača s finskim meteorološkim institutom objavio je prilično radikalnu ideju o tome kako bi mogli koristiti električne jedra za cjelovito istraživanje asteroidnog pojasa.

Umjesto jedne letjelice, predložili su izgradnju flote od 50 odvojenih 5 kg satelita. Svatko bi bacio svoj vlastiti 20 km dugačak vez i uhvatio sunčani solarni vjetar. Tijekom trogodišnje misije, svemirska letjelica putovala je prema asteroidnom pojasu i posjetila nekoliko različitih stijena. Cijela flota bi vjerojatno mogla istražiti 300 zasebnih objekata.

Svaka letjelica bila bi opremljena malim teleskopom s otvorom od samo 40 mm. To je oko veličine opažanja, ili pola dvogleda, ali bilo bi dovoljno riješiti značajke na površini asteroida manjih od 100 metara. Imali bi i infracrveni spektrometar kako bi mogli utvrditi koji su minerali napravljeni od svakog asteroida.

To je sjajan način da otkrijete da je asteroid od 10 trilijuna dolara napravljen od krutog platine.

Budući da bi svemirska letjelica bila premala da bi se komunicirala sve na Zemlji, trebali bi pohraniti podatke na brodu, a zatim ih poslati nakon što su prošli naš planet 3 godine kasnije.

Planetarni znanstvenici s kojima sam razgovarao vole ideju da istodobno mogu istraživati ​​ove različite stvari, a ideja o električnom jedrenju je jedna od najučinkovitijih metoda za to.

Prema istraživačima, oni bi mogli obaviti misiju za oko 70 milijuna dolara, donoseći troškove za analizu svakog asteroida do oko 240.000 dolara. To bi bilo jeftino u odnosu na bilo koju drugu predloženu metodu za proučavanje asteroida.

Istraživanje svemira koristi tradicionalne kemijske rakete jer su poznate i pouzdane. Sigurni su da imaju svoje nedostatke, ali su nas odvele preko Sunčevog sustava, na miljama kilometara udaljenom od Zemlje.

Ali postoje i drugi oblici pokreta u radovima, poput električne jedra. I tijekom narednih desetljeća, vidjet ćemo sve više i više tih ideja na test. Pogonski sustav bez goriva koji može prevoziti svemirsku letjelicu u vanjske dijelove Sunčevog sustava? Da molim.

menu
menu