אנו מכירים את הרעיון של מפרשי שמש לחקור את מערכת השמש באמצעות לחץ האור מהשמש. אבל יש עוד מערכת הנעה שיכולה לרתום את כוחה של השמש, מפרש חשמלי וזה רעיון די מרגש.
לפני מספר שבועות התמודדתי עם שאלה שיש למישהו בנוגע למערכות ההנעה האקזוטיות האהובות עלי, ושקשקתי כמה רעיונות שנראים לי מרגשים: מפרש סולארי, רקטות גרעיניות, מנועי יונים וכו '. אבל יש עוד מערכת הנעה שממשיכה לעלות. , ושכחתי לחלוטין לציין, אבל זה אחד הרעיונות הטובים ביותר ששמעתי זמן מה: מפרשים חשמליים.
כפי שאתה בוודאי יודע, מפרש סולארי עובד על ידי רתימת פוטוני האור הזורמים מהשמש. למרות שפוטונים הם חסרי מסה, יש להם תנופה ויכולים להעביר אותה כאשר הם מקפצים משטח רפלקטיבי.
בנוסף לאור, השמש מנשבת זרם קבוע של חלקיקים טעונים - רוח השמש. צוות מהנדסים מפינלנד, בראשות ד"ר פקקה ג'אנהן, הציע לבנות מפרש חשמלי שישמש חלקיקים אלה בכדי להעביר חללית אל מערכת השמש.
כדי להבין איך זה עובד, אצטרך להכניס כמה מושגים למוח שלך.
ראשית, השמש. אותו כדור קרינה קטלני בשמיים. כפי שאתה בטח יודע, יש זרם קבוע של חלקיקים טעונים, בעיקר אלקטרונים ופרוטונים, שמתרחקים מהשמש לכל הכיוונים.
אסטרונומים לא לגמרי בטוחים כיצד, אך מנגנון כלשהו בקורונה של השמש, האטמוספירה העליונה שלה, מאיץ חלקיקים אלה במהירות בריחה. המהירות שלהם משתנה בין 250 ל 750 קמ"ש.
רוח השמש מתרחקת מהשמש והחוצה לחלל. אנו רואים את השפעותיו על שביטים, נותנים להם את זנבותיהם האופייניים, והוא יוצר בועה סביב מערכת השמש המכונה הליוספרה. זה המקום בו רוח השמש מהשמש פוגשת את רוחות השמש הקולקטיביות מהכוכבים האחרים שביל החלב.
למעשה חללית וויאג'ר של נאס"א עברה לאחרונה באזור זה, וסיימה סוף סוף את דרכם לחלל הבין-כוכבי.
רוח השמש אכן גורמת ללחץ ישיר, כמו רוח בפועל, אך היא חלשה להפליא, חלק מהלחץ האור שחווה מפרש סולארי.
אך רוח השמש מכילה זרם של פרוטונים ואלקטרונים טעונים חיובית, וזה המפתח.
מפרש חשמלי פועל באמצעות תילול חוט דק במיוחד, בעובי 25 מיקרון, אך אורכו 20 ק"מ. החללית מצוידת בפאנלים סולאריים ואקדח אלקטרונים שלוקח כמה מאות וואט לרוץ.
על ידי ירי אלקטרונים לחלל, החללית שומרת על מצב טעון חיובי ביותר. מכיוון שהפרוטונים מהשמש טעונים גם הם באופן חיובי, כאשר הם נתקלים בקישור הטעון חיובי, הם "רואים" אותו מכשול עצום שמרוחק 100 מטר, ומתרסקים בו.
על ידי העברת המומנטום שלהם לחיבור ולחללית, היונים מאיצים אותו מהשמש.
כמות ההאצה חלשה מאוד, אך זהו לחץ מתמיד מהשמש ויכול להימשך לאורך זמן רב. לדוגמה, אם לחללית של 1000 ק"ג היו 100 מהחוטים הללו נמתחים לכל הכיוונים, היא יכולה לקבל תאוצה של 1 מ"מ לשנייה בשנייה.
בשנייה הראשונה היא עוברת 1 מ"מ ואז 2 מ"מ בשנייה הבאה, וכו '. במהלך שנה החללית הזו יכולה לנוע 30 קמ"ש. לשם השוואה, החללית המהירה ביותר שם, וויאג'ר 1 של נאס"א, נעה רק 17 קמ"ש. אז, הרבה יותר מהר, בהחלט במהירות בריחה ממערכת השמש.
למעשה, אחד החסרונות של השיטה הוא שהיא לא תעבוד בתוך המגנטוספרה של כדור הארץ. אז חללית חשמלית המונעת על מפרש תצטרך לשאת על ידי רקטה מסורתית הרחק מכדור הארץ לפני שהיא תוכל לפרוש את מפרש ולצאת אל החלל העמוק.
אני בטוח שאתה תוהה אם זה טיול חד כיווני כדי להתרחק מהשמש, אבל זה ממש לא. ממש כמו עם מפרשי שמש, ניתן להניע מפרש חשמלי. תלוי באיזה צד של המפרש הרוח הסולארית פוגעת, היא מעלה או מורידה את מסלול החללית מהשמש.
הכו את המפרש בצד אחד ואתם מרימים את מסלולו לנסוע למערכת השמש החיצונית. אבל אתה יכול גם לפגוע בצד השני ולהוריד את מסלולו, ולאפשר לו לנסוע למערכת השמש הפנימית. זו מערכת הנעה מגוונת להפליא, והשמש עושה את כל העבודה.
למרות שזה נשמע כמו מדע בדיוני, ישנם למעשה כמה מבחנים בעבודות. לוויין אבטיפוס אסטוני הושק כבר בשנת 2013, אך המנוע שלו לא הצליח להוציא את הקישור. לוויין Aalto-1 הפיני שוגר ביוני 2017, ואחד הניסויים שלו הוא לבדוק מפרש חשמלי.
עלינו לגלות אם הטכניקה קיימת בהמשך השנה.
לא רק הפינים שוקלים את מערכת ההנעה הזו. בשנת 2015 הודיעה נאס"א כי הם העניקו מענק מושגים מתקדמים לשלב II לד"ר פקקה ג'אנהן וצוותו כדי לחקור כיצד ניתן להשתמש בטכנולוגיה זו כדי להגיע למערכת השמש החיצונית בפחות זמן משיטות אחרות.
מערכת המעבר האלקטרוסטטית המהירה של Heliopause, או חללית HERTS, הייתה משתרעת על 20 מתריסים חשמליים אלה החוצה מהמרכז, ויוצרת מפרש חשמלי עגול ענק כדי לתפוס את רוח השמש. על ידי סיבוב אט אט של החללית, כוחות הצנטריפוגליות ימתחו את התותחים לצורה מעגלית זו.
עם המטען החיובי שלה, כל קשירה פועלת כמו מחסום עצום בפני רוח השמש, ומעניקה לחללית שטח פנים יעיל של 600 קמ"ר ברגע שהיא משוגרת מכדור הארץ. ככל שהוא מתרחק, מכדור הארץ, לעומת זאת, השטח האפקטיבי שלו גדל לשווה ערך של 1,200 קמ"ר ברגע שהוא מגיע ליופיטר.
כאשר מפרש סולארי מתחיל לאבד כוח, מפרש חשמלי פשוט ממשיך להאיץ. למעשה, זה ימשיך להאיץ את דרכו מעבר למסלול האורנוס.
אם הטכנולוגיה תסתדר, משימת ה- HERTS עשויה להגיע למצב הליופוזה תוך 10 שנים בלבד. לקח לוויאג'ר 1 35 שנה להגיע למרחק הזה, 121 יחידות אסטרונומיות מהשמש.
אבל מה עם ההיגוי? על ידי שינוי המתח על כל חוט כאשר החללית מסתובבת, אתה יכול לגרום למפרש השלם לקיים אינטראקציה אחרת מצד אחד לרוח השמש. אתה יכול לנווט את כל החלליות כמו המפרשים בסירה.
בספטמבר 2017, צוות חוקרים עם המכון המטאורולוגי הפיני הודיעו על רעיון די רדיקלי לאופן בו הם יוכלו להשתמש במפרשים חשמליים כדי לחקור באופן מקיף את חגורת האסטרואידים.
במקום חללית יחידה, הם הציעו לבנות צי של 50 לוויינים נפרדים של 5 ק"ג. כל אחד יגלוש את החיבור באורך 20 ק"מ משלו ויתפוס את רוח השמש של השמש. במהלך משימה של שלוש שנים, החללית הייתה יוצאת אל חגורת האסטרואידים, ומבקרת בכמה סלעי חלל שונים. הצי המלא יוכל כנראה לחקור 300 עצמים נפרדים.
כל חללית הייתה מצוידת בטלסקופ קטן עם צמצם 40 מ"מ בלבד. זה בערך בגודל של היקף תצפית, או חצי זוג משקפות, אבל זה יספיק בכדי לפתור תכונות על פני השטח של אסטרואיד בגודל של 100 מטר רוחב. היה להם גם ספקטרומטר אינפרא אדום שיוכל לקבוע מאילו מינרלים כל אסטרואיד עשוי.
זו דרך נהדרת למצוא אסטרואיד של 10 טריליון דולר העשוי מפלטינה מוצקה.
מכיוון שהחללית תהיה קטנה מכדי לתקשר כל הדרך חזרה לכדור הארץ, הם יצטרכו לאחסן את הנתונים על הסיפון ואז להעביר הכל ברגע שהם עברו על פני כדור הארץ שלנו 3 שנים אחר כך.
מדעני הפלנטה שדיברתי איתם אוהבים את הרעיון להיות מסוגל לסקור חפצים רבים ומגוונים אלה בעת ובעונה אחת, ורעיון המפרש החשמלי הוא אחת השיטות היעילות ביותר לעשות זאת.
לטענת החוקרים, הם יכלו לבצע את המשימה תמורת כ -70 מיליון דולר, ולהביא את העלות לניתוח כל אסטרואיד לכ -240,000 דולר. זה יהיה זול בהשוואה לכל שיטה אחרת המוצעת לחקר אסטרואידים.
חקר החלל משתמש ברקטות כימיות מסורתיות מכיוון שהם ידועים ואמינים. בטח שיש להם את החסרונות שלהם, אבל הם העבירו אותנו ברחבי מערכת השמש, למיליארדי קילומטרים מכדור הארץ.
אבל ישנן צורות אחרות של הנעה ביצירות, כמו המפרש החשמלי. ובעשורים הקרובים אנו הולכים לראות יותר ויותר מהרעיונות הללו במבחן. מערכת הנעה ללא דלק שיכולה לשאת חללית אל גבולותיה החיצוניים של מערכת השמש? כן בבקשה.
אני אפרסם אותך כאשר נבדקים עוד מפרשים חשמליים.
פודקאסט (אודיו): הורדה (משך: 10:10 - 9.3MB)
הירשם כמנוי: פודקאסטים של אפל | אנדרואיד | RSS
פודקאסט (וידאו): הורדה (משך: 10:10 - 69.3MB)
הירשם כמנוי: פודקאסטים של אפל | אנדרואיד | RSS
