Elektrikli yelken? Güneş sistemini keşfetmenin başka bir tuhaf yolu
Belki de güneşten gelen hafif basıncı kullanarak güneş sistemini araştıran güneş yelkenleri fikrine aşinasınızdır. Ancak güneş-elektronik yelkenlerin gücünü kullanabilen başka bir tahrik sistemi daha var ki bu heyecan verici bir fikir.
Elektrikli yelken nedir?
Heyecan verici: güneş yelkenleri, nükleer roketler, iyon motorları vb. Ancak ortaya çıkmaya devam eden bir tahrik sistemi var, ancak bu bir zaman diliminde en iyi fikirlerden biri - elektrikli yelken
"Güneş yelken gösteri misyonunun" sanatsal konsept haritası, navigasyon için lazerleri kullanacak. Resim: NASA
Muhtemelen bildiğiniz gibi, güneş yelkenlerinin çalışma prensibi güneşten gelen ışık fotonlarını kullanmaktır. Fotonlar kütlesiz olmalarına rağmen, momentumları vardır ve yansıtan yüzeyden sekerken iletilebilirler.
Güneş ışığa ek olarak, sabit bir yüklü parçacıklar - güneş rüzgarı da üretir. Dr. Pekka Janhunen liderliğindeki Finli mühendislerden oluşan bir ekip, bu parçacıkları güneş sistemine uzay aracı göndermek için kullanacak bir elektronik yelken yapmayı önerdi.
Bunun nasıl çalıştığını anlamak için bazı kavramlara ihtiyaç vardır: Birincisi, güneşin ölümcül radyasyonu, esas olarak elektronlar ve protonlar olmak üzere sabit bir yüklü parçacık akışı, güneşin merkezinden her yönden ayrılır.
Dünyanın manyetik alanındaki "savunmada" güneş rüzgârına manyetosferin görselleştirilmesi denir. Güneye doğru plazma bulutu, güneşin yüzeyindeki kabarcık katmanını soyabilir ve onları dünyanın gece tarafına (ortada, sağda) yerleştirebilir. Bu katmanlar, güneş elektronlarını (sarı flaşlar) doğrudan üst atmosfere yeniden bağlamak ve göndermek için sıkıca sıkıştırılarak aurora oluşturabilir. Resim: JPL
Gökbilimciler tam olarak emin değiller ama güneşin koronasının bazı mekanizmaları, üst atmosfer bu parçacıkların kaçış hızını hızlandırıyor, hız 250 kilometre ile 750 kilometre arasında değişiyor.
Güneş rüzgarı güneşten uzaktır ve uzaya girdiğinizde kuyruklu yıldızlar üzerindeki etkisini görebilirsiniz Onlara karakteristik bir kuyruk verin Güneş sistemi etrafında heliosfer adı verilen bir kabarcık oluşturur. Güneşin güneş rüzgarının Samanyolu'ndaki diğer yıldızların ortak güneş rüzgarıyla buluştuğu yer burasıdır.
Aslında, NASAnın Voyager uzay aracı kısa süre önce bu bölgeden geçti ve sonunda yıldızlararası uzaya girdi.
Güneş rüzgarı, tıpkı gerçek rüzgar gibi doğrudan bir basınç üretir, ancak çok zayıftır ve hafif basıncın yalnızca küçük bir kısmı, güneş yelkeninin deneyimidir.
Bu sanatsal konsept, Voyager 1 uzay aracının yıldızlar arasındaki boşluğa girdiğini gösteriyor. Yıldızlararası uzaya, milyonlarca yıl önce dev yıldızlar tarafından terk edilmiş olan iyonize gaz (burada kahverengi duman olarak gösterilen) plazma hakimdir. Telif hakkı: NASA
Ancak güneş rüzgarı negatif yüklüdür, bu da anahtar noktadır. Elektrikli bir yelkenin çalışma prensibi: Çok ince bir tel kullanın, sadece 25 mikron kalınlığında, ancak 20 kilometre uzunluğunda. Bu uzay aracı, güneş panelleri ve elektron tabancalarıyla donatılmıştır ve yalnızca birkaç yüz watt ile çalışabilir.
Uzay aracı uzaya elektron fırlatarak yüksek derecede pozitif enerji sağlar. Güneşten negatif yüklü bir parçacık, pozitif yüklü bir cisimle karşılaştığında, 100 metre çapında devasa bir engel "görecek" ve ona çarpacaktır.
İyonlar, momentumlarını ip ve uzay aracına enjekte ederek, onu güneşten uzaklaştıracak.
İvme miktarı çok zayıftır, ancak uzun bir süre boyunca toplanabilen güneşten gelen sabit bir basınçtır. Örneğin, 1000 kg'lık bir uzay aracında her yöne uzanan bu tür 100 tel varsa, saniyede 1 milimetre hızlanma elde edebilir.
İlk saniyede 1 mm, ardından 2 mm hareket etti vb. Bir yıl içinde bu uzay aracı saniyede 30 kilometreye ulaşabilir. Sadece karşılaştırma için, en hızlı uzay aracı olan NASA'nın Voyager 1'i saniyede sadece 17 kilometre. Yani hız, kesinlikle güneş sistemini terk etme hızında çok daha hızlıdır.
Aslında bu yöntemin dezavantajlarından biri de Dünya'nın manyetosferinde işe yaramayacak olmasıdır. Bu nedenle, elektrikli bir yelkenli, yelkenlerini açıp uzaya açılmadan önce geleneksel bir roket ile dünyadan taşınmalıdır.
Bunun güneşten uzaklaşmak için tek yönlü bir yolculuk olup olmadığını bilmek istiyorum, ama öyle değil, tıpkı güneş yelkenleri gibi elektrikli yelkenler de dönebilir. Güneş rüzgarının yönüne göre uzay aracının güneş üzerindeki yörüngesini artırabilir veya azaltabilir.
Bir tarafta seyrederken yörüngesini güneş sisteminin ötesine kaldırın. Ancak diğer tarafa da vurabilir, yörüngesini alçaltabilir ve güneş sistemine girmesine izin verebilirsiniz. İnanılmaz derecede çok yönlü bir tahrik sistemidir ve tüm işi güneş yapar.
Bu bilim kurgu gibi görünse de, aslında eserde bazı testler var. Estonya'nın prototip bir uydusu 2013'te fırlatıldı, ancak motoru kabloyu sarmada başarısız oldu. Finlandiya'nın aalto-1 uydusu Haziran 2017'de fırlatıldı ve deneylerden biri elektrikli yelkenleri test etmekti.
Bu teknolojinin uygulanabilir olup olmadığını bu yılın ilerleyen aylarında bulmalıyız. Bu tahrik sistemini düşünenler sadece Finliler değil. 2015 yılında Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA), Dr. Pekka Janhunen ve ekibine, teknolojinin diğer yöntemlerden daha kısa sürede dış güneş sistemine nasıl ulaşabileceğini keşfetmek için yenilikçi gelişmiş konseptlerin ikinci aşamasını ödüllendirdiğini açıkladı.
Heliopause elektrostatik hızlı iletim sistemi veya HERTS uzay aracı, güneş rüzgârını yakalamak için devasa bir dairesel elektrikli yelken oluşturmak için merkezden bu tür 20 elektrik kulesini uzatacak. Uzay aracını yavaşça döndürerek merkezkaç kuvveti bu daireye kadar uzanacaktır.
NASA'nın Heliopause elektrostatik hızlı taşıma sisteminin kavramsal diyagramı, fotoğraf: NASA
Her pozitif yüklü kablo, büyük bir güneş rüzgarı bariyeri gibidir ve dünyadan fırlatıldıktan sonra 600 kilometrekarelik bir alanı etkin bir şekilde fırlatabilir. Dünya'dan uzaklaştıkça Jüpiter'e ulaştığında etki alanı 1.200 kilometrekareye çıkar.
Güneş yelkeni güç kaybetmeye başladığında, elektrikli yelken sadece hızlanmaya devam edecektir. Aslında, Uranüs'ün yörüngesine doğru hızlanacak.
Bu teknoloji başarılı olursa HERTS'in misyonu 10 yıl içinde gelecek ve Voyager bu mesafeye 135 yıl sonra ulaşacak.
Uzay aracı döndüğünde, her bir teldeki voltajı değiştirerek, yelkenin tamamı bir tarafta veya diğerinde farklı şekillerde güneş rüzgarıyla etkileşime girebilir. Tıpkı bir gemideki yelkenler gibi tüm uzay aracını sürebilirsiniz.
Eylül 2017'de, Finlandiya Meteoroloji Enstitüsü'nden (Finlandiya Meteoroloji Enstitüsü) bir grup araştırmacı, asteroit kuşağını tamamen keşfetmek için elektronik yelkenlerin nasıl kullanılacağına dair çok radikal bir fikir duyurdu. Tek bir uzay aracı yerine 50 kg'lık 5 kg'lık bir uydu inşa etmeyi teklif ediyorlar. Güneşin güneş rüzgârını yakalamak için herkes 20 kilometre uzunluğunda bir ip uzatabilir. 3 yıllık görevde, uzay aracı asteroit kuşağına uçacak ve birkaç farklı uzay kayasını ziyaret edecek. Tüm filo muhtemelen 300 farklı nesneyi keşfedecek.
Bu resim, güneş sistemindeki asteroitlerin çoğunun keşfini tasvir ediyor - Mars ve Jüpiter arasındaki asteroit kuşağı ve Jüpiter'in güneş etrafındaki yörüngesinden önce ve sonra hareket eden iki asteroit grubu Truva atları.
Her uzay aracı, sadece 40 mm çapında küçük bir teleskopla donatılacak. Bu, bir keşif menzili veya yarım çift teleskop büyüklüğündedir, ancak çapı 100 metre olan bir asteroidin yüzeyinin özelliklerini çözmek için yeterlidir. Bir kızılötesi spektrometre ile her bir asteroidin hangi minerallerden yapıldığını belirleyebilir. Bu, 10 trilyon dolar değerinde katı platin asteroitleri keşfetmenin harika bir yoludur.
Araştırmacılara göre, yaklaşık 70 milyon dolar değerinde bir görev tamamlanarak her bir asteroidi analiz etmenin maliyeti yaklaşık 240.000 dolara düşebilir. Asteroitleri incelemenin diğer yöntemleriyle karşılaştırıldığında, bu çok ucuzdur.
Uzay araştırmaları, bilinen ve güvenilir oldukları için geleneksel kimyasal roketleri kullanır. Elbette dezavantajları var, ancak bizi güneş sistemi boyunca yeryüzünden birkaç milyar kilometre uzakta bir yere götürebilir.
Ancak projede elektrikli yelkenler gibi başka tahrik türleri de var. Önümüzdeki birkaç on yılda, bu fikirlerin giderek daha fazla uygulamaya konulduğunu göreceğiz. Uzay aracını güneş sisteminin dış kenarına taşıyabilen yakıtsız bir tahrik sistemi mi?
