Kita semua terbiasa dengan idea pelayaran solar untuk meneroka Sistem Suria, menggunakan tekanan cahaya dari Matahari. Tetapi ada sistem pendorong lain yang dapat memanfaatkan kekuatan Matahari, layar elektrik, dan ini adalah idea yang cukup menarik.
Beberapa minggu yang lalu, saya menjawab soalan seseorang mengenai sistem pendorong eksotik kegemaran saya, dan saya mengemukakan beberapa idea yang saya rasa menarik: layar solar, roket nuklear, enjin ion, dll. Tetapi ada sistem pendorong lain yang terus muncul , dan saya benar-benar lupa untuk menyebutkan, tetapi ini adalah salah satu idea terbaik yang pernah saya dengar sebentar: belayar elektrik.
Seperti yang mungkin anda ketahui, layar solar berfungsi dengan memanfaatkan foton aliran cahaya dari Matahari. Walaupun foton tanpa massa, mereka mempunyai momentum, dan dapat memindahkannya ketika memantul dari permukaan pantulan.
Selain cahaya, Matahari juga meniup aliran zarah-zarah bermuatan yang stabil - angin suria. Sepasukan jurutera dari Finland, yang diketuai oleh Dr. Pekka Janhunen, telah mengusulkan untuk membina kapal elektrik yang akan menggunakan zarah-zarah ini untuk membawa kapal angkasa keluar ke Sistem Suria.
Untuk memahami bagaimana ini berfungsi, saya perlu memasukkan beberapa konsep ke dalam otak anda.
Pertama, Matahari. Bola sinaran mematikan di langit. Seperti yang mungkin anda ketahui, terdapat aliran zarah bermuatan yang stabil, terutamanya elektron dan proton, yang menjauh dari Matahari ke semua arah.
Ahli astronomi tidak sepenuhnya yakin bagaimana, tetapi beberapa mekanisme di korona Matahari, atmosfer atasnya, mempercepat zarah-zarah ini pada kecepatan pelarian. Kelajuan mereka berbeza dari 250 hingga 750 km / s.
Angin suria bergerak jauh dari Matahari, dan keluar ke angkasa. Kami melihat kesannya pada komet, memberi mereka ekor ciri mereka, dan ia membentuk gelembung di sekitar Sistem Suria yang dikenali sebagai heliosfera. Di sinilah angin suria dari Matahari bertemu dengan angin suria kolektif dari bintang-bintang lain di Bima Sakti.
Sebenarnya, kapal angkasa Voyager NASA baru-baru ini melewati wilayah ini, akhirnya menuju ke ruang angkasa.
Angin suria memang menyebabkan tekanan langsung, seperti angin sebenarnya, tetapi sangat lemah, sebahagian kecil dari tekanan cahaya yang dialami oleh pelayaran suria.
Tetapi angin suria mengandungi aliran proton dan elektron bermuatan positif, dan inilah kuncinya.
Layar elektrik berfungsi dengan mengeluarkan wayar yang sangat nipis, tebalnya hanya 25 mikron, tetapi panjangnya 20 kilometer. Kapal angkasa ini dilengkapi dengan panel suria dan senapang elektron yang hanya memerlukan beberapa ratus watt untuk dijalankan.
Dengan melepaskan elektron ke angkasa, kapal angkasa mengekalkan keadaan bermuatan positif. Oleh kerana proton dari Matahari juga bermuatan positif, ketika mereka bertemu dengan tether bermuatan positif, mereka "melihat" halangan besar 100 meter di seberang, dan menabraknya.
Dengan memberikan momentum mereka ke penambat dan kapal angkasa, ion mempercepatnya menjauh dari Matahari.
Jumlah pecutan sangat lemah, tetapi tekanan berterusan dari Matahari dan dapat bertambah dalam jangka masa yang panjang. Sebagai contoh, jika kapal angkasa 1000 kg mempunyai 100 wayar ini memanjang ke semua arah, ia dapat menerima pecutan 1 mm per saat sesaat.
Pada detik pertama ia bergerak 1 mm, dan kemudian 2 mm pada detik berikutnya, dan lain-lain. Selama setahun, kapal angkasa ini boleh bergerak sejauh 30 km / s. Sebagai perbandingan, kapal angkasa terpantas di luar sana, NASA's Voyager 1, hanya sejauh 17 km / s. Jadi, jauh lebih pantas, pasti pada kelajuan pelarian dari Sistem Suria.
Salah satu kelemahan kaedah ini adalah bahawa ia tidak akan berfungsi dalam magnetosfera Bumi. Oleh itu kapal angkasa elektrik berlayar perlu dibawa oleh roket tradisional dari Bumi sebelum dapat melepaskan layar dan menuju ke angkasa lepas.
Saya pasti anda tertanya-tanya apakah ini perjalanan sehala untuk menjauhi Matahari, tetapi sebenarnya tidak. Sama seperti layar solar, layar elektrik dapat dipusingkan. Bergantung pada sisi pelayaran mana angin suria memukul, ia menaikkan atau menurunkan orbit kapal angkasa dari Matahari.
Pukul layar di satu sisi dan anda menaikkan orbitnya untuk pergi ke Sistem Suria luar. Tetapi anda juga dapat menyerang sisi lain dan menurunkan orbitnya, sehingga memungkinkan untuk menuju ke Sistem Suria dalam. Ini adalah sistem penggerak yang sangat serba boleh, dan Matahari melakukan semua kerja.
Walaupun ini seperti fiksyen sains, sebenarnya terdapat beberapa ujian dalam karya. Satelit prototaip Estonia dilancarkan pada tahun 2013, tetapi motornya gagal mengeluarkan tether. Satelit Finland Aalto-1 dilancarkan pada bulan Jun 2017, dan salah satu eksperimennya adalah untuk menguji daya elektrik.
Kita harus mengetahui apakah teknik ini dapat dilaksanakan akhir tahun ini.
Bukan hanya orang Finland yang mempertimbangkan sistem penggerak ini. Pada tahun 2015, NASA mengumumkan bahawa mereka telah memberikan geran Konsep Lanjutan Inovatif Tahap II kepada Dr. Pekka Janhunen dan pasukannya untuk meneroka bagaimana teknologi ini dapat digunakan untuk mencapai Sistem Suria luar dalam masa yang lebih singkat daripada kaedah lain.
Sistem Transit Rapid Elektrostatik Heliopause, atau kapal angkasa HERTS akan memanjangkan 20 teter elektrik ini keluar dari pusat, membentuk belayar elektrik bulat besar untuk menangkap angin suria. Dengan perlahan-lahan memutar kapal angkasa, daya sentrifugal akan meregangkan tetes ke dalam bentuk bulat ini.
Dengan muatan positifnya, setiap tether bertindak seperti penghalang besar bagi angin suria, memberikan kapal angkasa itu luas permukaan efektif 600 kilometer persegi setelah dilancarkan dari Bumi. Walaupun semakin jauh, dari Bumi, kawasan efektifnya meningkat hingga setara dengan 1.200 km persegi pada saat ia mencapai Musytari.
Apabila berlayar solar mula kehilangan kuasa, layar elektrik terus memecut. Sebenarnya, ia akan terus melaju melewati orbit Uranus.
Sekiranya teknologi berjaya, misi HERTS dapat mencapai heliopause hanya dalam 10 tahun. Diperlukan Voyager 1 35 tahun untuk mencapai jarak ini, 121 unit astronomi dari Matahari.
Tetapi bagaimana dengan stereng? Dengan menukar voltan pada setiap wayar ketika kapal angkasa berputar, anda dapat membuat seluruh layar berinteraksi secara berbeza di satu sisi atau yang lain dengan angin suria. Anda dapat mengarahkan seluruh kapal angkasa seperti layar di atas kapal.
Pada bulan September 2017, sekumpulan penyelidik dengan Institut Meteorologi Finland mengumumkan idea yang cukup radikal untuk bagaimana mereka dapat menggunakan belayar elektrik untuk meneroka tali pinggang asteroid secara menyeluruh.
Daripada kapal angkasa tunggal, mereka mencadangkan pembinaan armada 50 satelit 5 kg yang berasingan. Masing-masing akan mengeluarkan penambatnya sendiri sepanjang 20 km dan menangkap angin matahari Matahari. Sepanjang misi 3 tahun, kapal angkasa akan pergi ke tali pinggang asteroid, dan mengunjungi beberapa batuan angkasa yang berbeza. Armada penuh mungkin dapat menjelajah 300 objek berasingan.
Setiap kapal angkasa akan dilengkapi dengan teleskop kecil dengan bukaan hanya 40 mm. Itu mengenai ukuran ruang lingkup spotting, atau setengah pasang teropong, tetapi cukup untuk menyelesaikan ciri-ciri di permukaan asteroid sekecil 100 meter. Mereka juga mempunyai spektrometer inframerah untuk dapat menentukan mineral apa yang diperbuat daripada setiap asteroid.
Itu adalah kaedah terbaik untuk menemukan asteroid bernilai $ 10 trilion yang diperbuat daripada platinum padat.
Kerana kapal angkasa terlalu kecil untuk berkomunikasi sepanjang perjalanan ke Bumi, mereka perlu menyimpan data di atas kapal, dan kemudian menghantar semuanya setelah mereka melewati planet kita 3 tahun kemudian.
Para saintis planet yang saya bincangkan untuk menyukai idea dapat meninjau banyak objek yang berbeza pada masa yang sama, dan idea pelayaran elektrik adalah salah satu kaedah yang paling berkesan untuk melakukannya.
Menurut para penyelidik, mereka dapat melakukan misi dengan harga sekitar $ 70 juta, menjadikan kos untuk menganalisis setiap asteroid menjadi sekitar $ 240,000. Itu akan lebih murah jika dibandingkan dengan kaedah lain yang dicadangkan untuk mengkaji asteroid.
Penerokaan ruang angkasa menggunakan roket kimia tradisional kerana ia terkenal dan boleh dipercayai. Tentu mereka mempunyai kekurangan, tetapi mereka membawa kita melintasi Sistem Suria, hingga berbilion kilometer dari Bumi.
Tetapi ada bentuk pendorong lain dalam karya, seperti belayar elektrik. Dan dalam beberapa dekad yang akan datang, kita akan melihat lebih banyak idea ini diuji. Sistem pendorong bebas bahan bakar yang dapat membawa kapal angkasa ke kawasan luar Sistem Suria? Ya sila.
Saya akan memberitahu anda apabila lebih banyak layar elektrik diuji.
Podcast (audio): Muat turun (Tempoh: 10:10 - 9.3MB)
Langgan: Podcast Apple | Android | RSS
Podcast (video): Muat turun (Tempoh: 10:10 - 69.3MB)
Langgan: Podcast Apple | Android | RSS
