KAS IR ELEKTRISKĀ BURA? VĒL VIENS EKSOTISKS VEIDS, KĀ IZPĒTĪT SAULES SISTĒMU

Send

Mēs visi esam pazīstami ar saules buras ideju izpētīt Saules sistēmu, izmantojot Saules gaismas spiedienu. Bet ir vēl viena vilces sistēma, kas varētu izmantot Saules spēku, elektriskās buras, un tā ir diezgan aizraujoša ideja.

Pirms dažām nedēļām es risināju jautājumu, kas kādam bija par manām iecienītākajām eksotiskajām dzinējspēka sistēmām, un es ierosināju dažas idejas, kas man šķiet aizraujošas: saules buras, kodolraķetes, jonu dzinēji utt. Bet ir vēl viena vilces sistēma, kas turpina parādīties , un es pilnīgi aizmirsu pieminēt, bet tā ir viena no labākajām idejām, ko laiku pa laikam esmu dzirdējis: elektriskās buras.

Kā jūs droši vien zināt, saules bura darbojas, izmantojot gaismas fotonus, kas plūst no Saules. Lai arī fotoni ir bezspēcīgi, tiem tomēr ir impulss un tie var to pārnest, atlecot no atstarojošas virsmas.

Papildus gaismai Saule pūš arī vienmērīgu uzlādētu daļiņu straumi - Saules vēju. Inženieru komanda no Somijas, ko vada doktors Pekka Janhunens, ir ierosinājusi uzbūvēt elektrisko buru, kas izmantos šīs daļiņas, lai kosmosa kuģus izvestu Saules sistēmā.

Lai saprastu, kā tas darbojas, man smadzenēs būs jāievada daži jēdzieni.

Pirmkārt, saule. Tā nāvējošā starojuma bumba debesīs. Kā jūs droši vien zināt, pastāv vienmērīga lādētu daļiņu, galvenokārt elektronu un protonu, straume, kas visos virzienos virzās prom no saules.

Astronomi nav pilnīgi pārliecināti, kā, bet kāds Saules koronā esošais mehānisms, tā augšējā atmosfēra, paātrina šīs daļiņas izplūdes ātrumā. Viņu ātrums svārstās no 250 līdz 750 km / s.

Saules vējš dodas prom no Saules un nonāk kosmosā. Mēs redzam tā ietekmi uz komētām, piešķirot tām raksturīgās astes, un tas veido burbuli ap Saules sistēmu, kas pazīstama kā heliosfēra. Šajā vietā saules vējš no Saules satiekas ar kolektīviem saules vējiem no citām Piena ceļa zvaigznēm.

Faktiski NASA kosmosa kuģis Voyager nesen šķērsoja šo reģionu, beidzot dodoties uz starpzvaigžņu telpu.

Saules vējš rada tiešu spiedienu, tāpat kā faktiskais vējš, taču tas ir neticami vājš, kas ir neliela daļa no gaismas spiediena, ko piedzīvo saules buras.

Bet Saules vējš satur pozitīvi lādētu protonu un elektronu plūsmu, un tas ir galvenais.

Elektriskā bura darbojas, izvelkot neticami plānu, tikai 25 mikronu biezu, bet 20 kilometru garu vadu. Kosmosa kuģis ir aprīkots ar saules paneļiem un elektronu pistoli, kura darbināšanai nepieciešami tikai daži simti vatu.

Izšūstot elektronus kosmosā, kosmosa kuģis uztur ļoti pozitīvi lādētu stāvokli. Tā kā saules protoni ir arī pozitīvi lādēti, saskaroties ar pozitīvi lādētu saiti, viņi to “redz” milzīgam šķērslim 100 metru garumā un ietriecas tajā.

Piešķirot savu impulsu saitei un kosmosa kuģim, joni to paātrina prom no Saules.

Paātrinājums ir ļoti vājš, taču tas ir nemainīgs Saules spiediens un ilgstošā laika posmā to var saskaitīt. Piemēram, ja 1000 kg kosmosa kuģim 100 no šiem vadiem bija izvirzīti visos virzienos, tas varētu saņemt paātrinājumu 1 mm sekundē sekundē.

Pirmajā sekundē tas pārvietojas 1 mm, tad nākamajā sekundē - 2 mm utt. Gada laikā šis kosmosa kuģis varētu braukt ar ātrumu 30 km / s. Salīdzinājumam - ātrākais kosmosa kuģis, kas atrodas tur, NASA Voyager 1, brauc tikai ar ātrumu 17 km / s. Tātad, daudz ātrāk, noteikti ar izkļūšanas ātrumu no Saules sistēmas.

Viens no metodes negatīvajiem aspektiem faktiski ir tāds, ka tā nedarbosies Zemes magnetosfērā. Tātad ar buru darbināms kosmosa kuģis būtu jāved tradicionālā raķetē prom no Zemes, pirms tas varētu izvērst savu buru un doties uz dziļu kosmosu.

Es esmu pārliecināts, ka jums rodas jautājums, vai tas ir vienvirziena ceļojums, lai prom no saules, bet patiesībā tas tā nav. Tāpat kā saules buras, arī elektrisko buras var pagriezt. Atkarībā no tā, kurā buru pusē saules vējš sit, tas vai nu paceļ vai pazemina kosmosa kuģa orbītu no Saules.

Stūrējiet buras no vienas puses, un jūs paceļat tā orbītu, lai dotos uz ārējo Saules sistēmu. Bet jūs varētu arī atsisties pret otru pusi un nolaist tās orbītu, ļaujot tai nokļūt lejā iekšējā Saules sistēmā. Tā ir neticami universāla vilces sistēma, un Saule veic visu darbu.

Lai arī tas izklausās pēc zinātniskās fantastikas, darbos patiesībā ir daži pārbaudījumi. Igaunijas satelīta prototips tika palaists atpakaļ 2013. gadā, bet tā motoram neizdevās izstumt stiprinājumu. Somijas satelīts Aalto-1 tika palaists 2017. gada jūnijā, un viens no tā eksperimentiem ir izmēģināt elektrisko buru.

Mums vajadzētu uzzināt, vai šī tehnika ir dzīvotspējīga vēlāk šajā gadā.

Šo piedziņas sistēmu apsver ne tikai somi. 2015. gadā NASA paziņoja, ka viņi ir piešķīruši II posma inovatīvu progresīvu koncepciju doktoram Pekkam Janhunenam un viņa komandai, lai izpētītu, kā šo tehnoloģiju varētu izmantot, lai sasniegtu ārējo Saules sistēmu īsākā laikā nekā citas metodes.

Heliopause elektrostatiskā ātrās tranzīta sistēma jeb HERTS kosmosa kuģis 20 no šīm elektriskajām piesietām detaļām izstieptu uz āru no centra, veidojot milzīgu apļveida elektrisko buru, lai noķertu saules vēju. Lēnām pagriežot kosmosa kuģi, centrbēdzes spēki izstieps saites uz šo apļveida formu.

Ar savu pozitīvo lādiņu katrs stiprinājums darbojas kā milzīgs šķērslis saules vējam, dodot kosmosa kuģim efektīvu 600 kvadrātkilometru virsmas laukumu, kad tas palaižas no Zemes. Arvien tālāk no Zemes tās faktiskais laukums palielinās līdz ekvivalentam 1200 kvadrātkilometriem, līdz tas sasniedz Jupiteru.

Kad saules bura sāk zaudēt enerģiju, elektriskā bura turpina paātrināties. Faktiski tas turpinātu paātrināties, pārsniedzot Urāna orbītu.

Ja tehnoloģija izdosies, HERTS misija heliopauzi varētu sasniegt tikai 10 gadu laikā. Lai sasniegtu šo attālumu, 121 astronomisko vienību no Saules, bija nepieciešami Voyager 1 35 gadi.

Bet kā ar stūrēšanu? Mainot katra stieples spriegumu, kosmosa kuģim rotējot, jūs varētu panākt, ka visa bura ir savādāk mijiedarbojas vienā vai otrā pusē ar saules vēju. Jūs varētu vadīt visu kosmosa kuģi, piemēram, buras uz laivas.

2017. gada septembrī pētnieku grupa ar Somijas meteoroloģisko institūtu paziņoja par diezgan radikālu ideju, kā viņi varētu izmantot elektriskās buras, lai vispusīgi izpētītu asteroīda jostu.

Viena kosmosa kuģa vietā viņi ierosināja izveidot floti no 50 atsevišķiem 5 kg satelītiem. Katrs varētu izstumt savu 20 km garo stiprinājumu un noķert Saules saules vēju. 3 gadu misijas laikā kosmosa kuģis izlidos līdz asteroīda jostai un apmeklēs vairākas dažādas kosmosa klintis. Pilna flote, iespējams, spētu izpētīt 300 atsevišķus objektus.

Katrs kosmosa kuģis būtu aprīkots ar nelielu teleskopu, kura diafragma ir tikai 40 mm. Tas attiecas uz plankuma lielumu vai pusi binokļu pāra, taču ar to būtu pietiekami, lai atrisinātu asteroīda virsmas pazīmes, kas ir mazākas par 100 metriem. Viņiem būtu arī infrasarkanais spektrometrs, lai varētu noteikt, no kādiem minerāliem ir izgatavots katrs asteroīds.

Tas ir lielisks veids, kā atrast USD 10 triljonus asteroīdu, kas izgatavots no cieta platīna.

Tā kā kosmosa kuģis būtu pārāk mazs, lai sazinātos ar visu ceļu atpakaļ uz Zemi, viņiem dati būtu jāuzglabā uz kuģa un pēc tam 3 gadus vēlāk jāpārraida viss, kad viņi nonāca mūsu planētas tuvumā.

Planētu zinātniekiem, ar kuriem esmu runājis, patīk ideja par iespēju vienlaikus apsekot šos daudzos dažādos objektus, un ideja par elektrisko buru ir viena no efektīvākajām metodēm.

Pēc pētnieku domām, viņi varētu veikt misiju par aptuveni 70 miljoniem ASV dolāru, tādējādi katra asteroīda analīzes izmaksas samazinoties līdz aptuveni 240 000 USD. Tas būtu lēti, salīdzinot ar jebkuru citu asteroīdu izpētes metodi.

Kosmosa izpētē tiek izmantotas tradicionālās ķīmiskās raķetes, jo tās ir zināmas un uzticamas. Protams, ka viņiem ir savas nepilnības, taču viņi mūs ir veduši pāri Saules sistēmai, miljardiem kilometru attālumā no Zemes.

Bet darbos ir arī citi vilces veidi, piemēram, elektriskā bura. Nākamajās desmitgadēs mēs redzēsim arvien vairāk šo ideju, kuras tiks pārbaudītas. Dzinējspēka sistēma, kas nesatur degvielu un ar kuru kosmosa kuģi var pārvadāt Saules sistēmas ārējās daļās? Jā, lūdzu.

Es jūs turpināšu publicēt, kad tiks pārbaudītas vairāk elektriskās buras.