Мы все знакомы с идеей солнечных парусов для исследования Солнечной системы, используя световое давление от Солнца. Но есть еще одна силовая установка, которая может использовать силу Солнца, электрические паруса, и это довольно захватывающая идея.
Несколько недель назад я решил вопрос о моих любимых экзотических силовых установках и выдвинул несколько идей, которые меня поразили: солнечные паруса, ядерные ракеты, ионные двигатели и т. Д. Но есть еще одна двигательная установка, которая продолжает появляться и я совершенно забыл упомянуть, но это одна из лучших идей, которые я когда-либо слышал: электрические паруса.
Как вы, наверное, знаете, солнечный парус работает за счет использования фотонов света, исходящего от Солнца. Хотя фотоны безмассовые, они имеют импульс и могут передавать его, когда отскакивают от отражающей поверхности.
В дополнение к свету Солнце также сдувает устойчивый поток заряженных частиц - солнечный ветер. Команда инженеров из Финляндии во главе с доктором Пеккой Янхуненом предложила построить электрический парус, который будет использовать эти частицы для переноса космического корабля в Солнечную систему.
Чтобы понять, как это работает, мне нужно вставить несколько идей в ваш мозг.
Во-первых, Солнце. Этот смертельный шар радиации в небе. Как вы, вероятно, знаете, существует постоянный поток заряженных частиц, в основном электронов и протонов, которые удаляются от Солнца во всех направлениях.
Астрономы не совсем уверены, как, но какой-то механизм в короне Солнца, в его верхней атмосфере, ускоряет эти частицы с ускоренной скоростью. Их скорость колеблется от 250 до 750 км / с.
Солнечный ветер уходит от Солнца и выходит в космос. Мы видим его влияние на кометы, давая им характерные хвосты, и он образует пузырь вокруг Солнечной системы, известный как гелиосфера. Именно здесь солнечный ветер Солнца встречается с коллективными солнечными ветрами других звезд Млечного Пути.
Фактически, космический корабль НАСА Voyager недавно пролетел через этот регион, наконец, пробираясь в межзвездное пространство.
Солнечный ветер создает прямое давление, как настоящий ветер, но он невероятно слаб, часть светового давления, которое испытывает солнечный парус.
Но солнечный ветер содержит поток положительно заряженных протонов и электронов, и это ключ.
Электрический парус работает, наматывая невероятно тонкий провод, толщиной всего 25 микрон, но длиной 20 километров. Космический аппарат оборудован солнечными батареями и электронной пушкой, для работы которой требуется всего несколько сотен ватт.
Отстреливая электроны в космос, космический корабль поддерживает высоко положительное заряженное состояние. Поскольку протоны от Солнца также заряжены положительно, когда они сталкиваются с положительно заряженной привязью, они «видят» это огромное препятствие шириной 100 метров и врезаются в него.
Придавая свой импульс тросу и космическому кораблю, ионы ускоряют его от Солнца.
Величина ускорения очень слабая, но это постоянное давление Солнца и может накапливаться в течение длительного периода времени. Например, если на космическом корабле 1000 кг было 100 таких проводов, идущих во всех направлениях, он мог бы получить ускорение 1 мм в секунду в секунду.
В первую секунду он движется на 1 мм, а затем на 2 мм в следующую секунду и т. Д. В течение года этот космический корабль может развивать скорость 30 км / с. Для сравнения, самый быстрый космический корабль, Voyager 1 НАСА, развивает скорость около 17 км / с. Так что, намного быстрее, определенно на скорости спасения из Солнечной системы.
Один из недостатков метода, на самом деле, заключается в том, что он не будет работать в магнитосфере Земли. Таким образом, электрический космический корабль, приводимый в движение парусом, должен был быть перенесен традиционной ракетой с Земли, прежде чем он сможет развернуть свой парус и направиться в дальний космос.
Я уверен, что вам интересно, если это путешествие в одну сторону, чтобы уйти от Солнца, но на самом деле это не так. Как и с солнечными парусами, электрический парус можно поворачивать. В зависимости от того, с какой стороны паруса ударяет солнечный ветер, он либо поднимает, либо понижает орбиту космического корабля от Солнца.
Ударьте парус с одной стороны, и вы поднимите его орбиту, чтобы отправиться во внешнюю Солнечную систему. Но вы также можете нанести удар по другой стороне и понизить ее орбиту, позволяя ей проникнуть во внутреннюю Солнечную систему. Это невероятно универсальная силовая установка, и Солнце выполняет всю работу.
Хотя это звучит как научная фантастика, на самом деле есть некоторые тесты в работах. Эстонский прототип спутника был запущен еще в 2013 году, но его двигатель не смог размотать трос. Финский спутник Aalto-1 был запущен в июне 2017 года, и один из его экспериментов - испытание электрического паруса.
Мы должны выяснить, жизнеспособна ли техника позже в этом году.
Это не только финны, которые рассматривают эту двигательную систему. В 2015 году НАСА объявило о том, что они предоставили д-ру Пекке Янхунену и его команде грант в рамках этапа II «Инновационные передовые концепции» для изучения того, как эта технология может быть использована для достижения внешней Солнечной системы за меньшее время, чем другие методы.
Система электростатического быстрого транзита Гелиопаузы, или космический корабль HERTS, вытянет 20 из этих электрических тросов наружу от центра, образуя огромный круглый электрический парус для захвата солнечного ветра. Медленно вращая космический корабль, центробежные силы вытягивают тросы в эту круглую форму.
Обладая положительным зарядом, каждый трос действует как огромный барьер для солнечного ветра, давая космическому кораблю эффективную площадь поверхности в 600 квадратных километров после запуска с Земли. Однако по мере продвижения от Земли его эффективная площадь увеличивается к эквиваленту 1200 квадратных километров к тому времени, когда он достигает Юпитера.
Когда солнечный парус начинает терять мощность, электрический парус продолжает ускоряться. Фактически, оно будет продолжать ускоряться за пределы орбиты Урана.
Если технология сработает, миссия HERTS может достичь гелиопаузы всего за 10 лет. Вояджеру понадобилось 35 лет, чтобы достичь этого расстояния, 121 астрономическая единица от Солнца.
Но как насчет руля? Изменяя напряжение на каждом проводе во время вращения космического корабля, вы можете заставить весь парус по-разному взаимодействовать с одной или другой стороны с солнечным ветром. Вы можете управлять всем космическим кораблем, как парусами на лодке.
В сентябре 2017 года группа исследователей из Финского метеорологического института объявила довольно радикальную идею о том, как они могли бы использовать электрические паруса для всестороннего исследования пояса астероидов.
Вместо одного космического корабля они предложили построить парк из 50 отдельных 5-килограммовых спутников. Каждый разматывал свой собственный трос длиной 20 км и ловил солнечный ветер Солнца. В течение 3-летней миссии космический корабль вылетал в пояс астероидов и посещал несколько различных космических камней. Весь флот, вероятно, сможет исследовать 300 отдельных объектов.
Каждый космический корабль будет оснащен небольшим телескопом с апертурой только 40 мм. Это примерно размер прицела, или половины пары биноклей, но этого будет достаточно, чтобы разрешить элементы на поверхности астероида шириной до 100 метров. У них также есть инфракрасный спектрометр, чтобы определить, из каких минералов состоит каждый астероид.
Это отличный способ найти астероид на 10 триллионов долларов, сделанный из твердой платины.
Поскольку космический корабль был бы слишком маленьким, чтобы общаться на всем пути назад к Земле, им нужно было хранить данные на борту, а затем передавать все, как только они пролетят мимо нашей планеты 3 года спустя.
Ученым-планетологам, с которыми я разговаривал, нравится идея возможности одновременно исследовать множество различных объектов, и идея электрического паруса является одним из наиболее эффективных способов сделать это.
По словам исследователей, они могли бы выполнить миссию примерно за 70 миллионов долларов, в результате чего стоимость анализа каждого астероида снизилась до 240 000 долларов. Это было бы дешево по сравнению с любым другим методом, предложенным для изучения астероидов.
Для исследования космоса используются традиционные химические ракеты, потому что они известны и надежны. Конечно, у них есть свои недостатки, но они перенесли нас через Солнечную систему на миллиарды километров от Земли.
Но в работах есть и другие формы движения, такие как электрический парус. И в ближайшие десятилетия мы увидим, как все больше и больше этих идей подвергаются проверке. Безтопливная силовая установка, которая может нести космический корабль во внешние области Солнечной системы? Да, пожалуйста.
Я буду держать вас в курсе, когда будут проверены новые электрические паруса.
Подкаст (аудио): Загрузить (Длительность: 10:10 - 9.3MB)
Подписаться: Apple Podcasts | Android | RSS
Подкаст (видео): Загрузить (Длительность: 10:10 - 69.3MB)
Подписаться: Apple Podcasts | Android | RSS
