Conosciamo tutti l'idea delle vele solari per esplorare il Sistema Solare, usando la leggera pressione del Sole. Ma c'è un altro sistema di propulsione che potrebbe sfruttare la potenza del sole, le vele elettriche, ed è un'idea piuttosto eccitante.
Qualche settimana fa, ho affrontato una domanda che qualcuno aveva sui miei sistemi di propulsione esotici preferiti e ho scosso alcune idee che trovo eccitanti: vele solari, missili nucleari, motori a ioni, ecc. Ma c'è un altro sistema di propulsione che continua a sorgere , e ho completamente dimenticato di menzionare, ma è una delle migliori idee che ho sentito in un po 'di tempo: le vele elettriche.
Come probabilmente saprai, una vela solare funziona sfruttando i fotoni di luce che fluiscono dal sole. Sebbene i fotoni siano privi di massa, hanno un momento e possono trasferirlo quando rimbalzano su una superficie riflettente.
Oltre alla luce, il Sole soffia anche un flusso costante di particelle cariche: il vento solare. Un team di ingegneri finlandesi, guidato dalla dott.ssa Pekka Janhunen, ha proposto di costruire una vela elettrica che utilizzerà queste particelle per trasportare il veicolo spaziale nel Sistema Solare.
Per capire come funziona, dovrò conficcare alcuni concetti nel tuo cervello.
Innanzitutto, il sole. Quella micidiale sfera di radiazione nel cielo. Come probabilmente saprai, c'è un flusso costante di particelle cariche, principalmente elettroni e protoni, che si allontanano dal Sole in tutte le direzioni.
Gli astronomi non sono del tutto sicuri di come, ma qualche meccanismo nella corona del Sole, la sua atmosfera superiore, accelera queste particelle su una velocità di fuga. La loro velocità varia da 250 a 750 km / s.
Il vento solare viaggia lontano dal Sole e nello spazio. Vediamo i suoi effetti sulle comete, dando loro le loro code caratteristiche e forma una bolla attorno al Sistema Solare noto come eliosfera. È qui che il vento solare proveniente dal Sole incontra i venti solari collettivi delle altre stelle della Via Lattea.
In effetti, la nave spaziale Voyager della NASA ha recentemente attraversato questa regione, arrivando infine allo spazio interstellare.
Il vento solare provoca una pressione diretta, come un vento reale, ma è incredibilmente debole, una frazione della pressione leggera che sperimenta una vela solare.
Ma il vento solare contiene un flusso di protoni ed elettroni caricati positivamente, e questa è la chiave.
Una vela elettrica funziona avvolgendo un filo incredibilmente sottile, spesso solo 25 micron, ma lungo 20 chilometri. Il veicolo spaziale è dotato di pannelli solari e una pistola elettronica che impiega solo poche centinaia di watt per funzionare.
Sparando elettroni nello spazio, l'astronave mantiene uno stato di carica altamente positivo. Poiché anche i protoni del Sole sono caricati positivamente, quando incontrano il cavo caricato positivamente, “lo vedono” un enorme ostacolo di 100 metri di diametro e si schiantano contro di esso.
Trasmettendo il loro slancio nel cavo e nel veicolo spaziale, gli ioni lo accelerano lontano dal Sole.
La quantità di accelerazione è molto debole, ma è una pressione costante del Sole e può accumularsi per un lungo periodo di tempo. Ad esempio, se un veicolo spaziale da 1000 kg avesse 100 di questi fili che si estendevano in tutte le direzioni, potrebbe ricevere un'accelerazione di 1 mm al secondo al secondo.
Nel primo secondo percorre 1 mm e poi 2 mm nel secondo successivo, ecc. Nel corso di un anno, questo veicolo spaziale potrebbe percorrere 30 km / s. Per fare un paragone, il veicolo spaziale più veloce in circolazione, il Voyager 1 della NASA, sta semplicemente andando a circa 17 km / s. Quindi, molto più veloce, sicuramente su una velocità di fuga dal sistema solare.
Uno degli svantaggi del metodo, in realtà, è che non funzionerà all'interno della magnetosfera terrestre. Quindi un veicolo spaziale elettrico a vela avrebbe dovuto essere trasportato da un razzo tradizionale lontano dalla Terra prima che potesse dispiegare la sua vela e dirigersi nello spazio profondo.
Sono sicuro che ti stai chiedendo se questo è un viaggio di sola andata per allontanarti dal sole, ma in realtà non lo è. Proprio come con le vele solari, una vela elettrica può essere ruotata. A seconda di quale lato della vela colpisce il vento solare, alza o abbassa l'orbita del veicolo spaziale dal Sole.
Colpisci la vela da un lato e alzi la sua orbita per viaggiare verso il Sistema Solare esterno. Ma potresti anche colpire l'altro lato e abbassare l'orbita, permettendogli di scendere nel sistema solare interno. È un sistema di propulsione incredibilmente versatile e il Sole fa tutto il lavoro.
Anche se questo sembra fantascienza, in realtà ci sono alcuni test nelle opere. Nel 2013 è stato lanciato un prototipo di satellite estone, ma il suo motore non è riuscito a tirare fuori il cavo. Il satellite finlandese Aalto-1 è stato lanciato a giugno 2017 e uno dei suoi esperimenti è quello di testare una vela elettrica.
Dovremmo scoprire se la tecnica è praticabile entro la fine dell'anno.
Non sono solo i finlandesi che stanno prendendo in considerazione questo sistema di propulsione. Nel 2015, la NASA ha annunciato di aver assegnato una sovvenzione di Concetti avanzati innovativi di Fase II al Dr. Pekka Janhunen e al suo team per esplorare come questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per raggiungere il Sistema Solare esterno in meno tempo rispetto ad altri metodi.
Il sistema di transito rapido elettrostatico dell'eliopausa o il veicolo spaziale HERTS estenderebbe 20 di questi attacchi elettrici verso l'esterno dal centro, formando un'enorme vela elettrica circolare per catturare il vento solare. Ruotando lentamente il veicolo spaziale, le forze centrifughe allungheranno i denti in questa forma circolare.
Con la sua carica positiva, ogni cavo si comporta come un'enorme barriera al vento solare, dando al veicolo spaziale una superficie effettiva di 600 chilometri quadrati una volta lanciato dalla Terra. Mentre si allontana, dalla Terra, tuttavia, la sua area effettiva aumenta all'equivalente di 1.200 km quadrati quando raggiunge Giove.
Quando una vela solare inizia a perdere potenza, una vela elettrica continua ad accelerare. In effetti, continuerebbe ad accelerare oltre l'orbita di Urano.
Se la tecnologia funziona, la missione HERTS potrebbe raggiungere l'eliopausa in soli 10 anni. Voyager ha impiegato 1 35 anni per raggiungere questa distanza, 121 unità astronomiche dal Sole.
Ma che dire dello sterzo? Modificando la tensione su ciascun filo mentre il veicolo spaziale ruota, è possibile far sì che l'intera vela interagisca in modo diverso da un lato o dall'altro rispetto al vento solare. Potresti guidare l'intero veicolo spaziale come le vele su una barca.
Nel settembre 2017, un team di ricercatori dell'Istituto meteorologico finlandese ha annunciato un'idea abbastanza radicale di come potrebbero essere in grado di utilizzare le vele elettriche per esplorare in modo completo la cintura di asteroidi.
Invece di un singolo veicolo spaziale, hanno proposto di costruire una flotta di 50 satelliti separati da 5 kg. Ognuno tirerebbe fuori il suo cavo lungo 20 km e catturerebbe il vento solare del Sole. Nel corso di una missione di 3 anni, l'astronave avrebbe viaggiato verso la cintura di asteroidi e avrebbe visitato diverse rocce spaziali. L'intera flotta sarebbe probabilmente in grado di esplorare 300 oggetti separati.
Ogni veicolo spaziale sarebbe dotato di un piccolo telescopio con un'apertura di soli 40 mm. Si tratta delle dimensioni di un cannocchiale o di una mezza coppia di binocoli, ma sarebbe sufficiente risolvere le caratteristiche sulla superficie di un asteroide di appena 100 metri di diametro. Avrebbero anche uno spettrometro a infrarossi per essere in grado di determinare di quali minerali è composto ciascun asteroide.
È un ottimo modo per trovare quell'asteroide da $ 10 trilioni di platino solido.
Poiché la navicella spaziale sarebbe troppo piccola per comunicare fino alla Terra, avrebbero dovuto archiviare i dati a bordo e quindi trasmettere tutto una volta superato il pianeta 3 anni dopo.
Gli scienziati planetari con cui ho parlato adorano l'idea di poter sorvegliare contemporaneamente molti oggetti diversi e l'idea della vela elettrica è uno dei metodi più efficienti per farlo.
Secondo i ricercatori, avrebbero potuto svolgere la missione per circa $ 70 milioni, portando il costo per analizzare ogni asteroide a circa $ 240.000. Sarebbe economico rispetto a qualsiasi altro metodo proposto per studiare gli asteroidi.
L'esplorazione dello spazio utilizza i razzi chimici tradizionali perché sono conosciuti e affidabili. Sicuramente hanno i loro difetti, ma ci hanno portato attraverso il Sistema Solare, a miliardi di chilometri di distanza dalla Terra.
Ma ci sono altre forme di propulsione nelle opere, come la vela elettrica. E nei prossimi decenni vedremo sempre più idee mettere alla prova. Un sistema di propulsione senza carburante in grado di trasportare un veicolo spaziale nelle parti esterne del sistema solare? Sì grazie.
Ti terrò aggiornato quando verranno testate più vele elettriche.
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