ใบเรือไฟฟ้าคืออะไร อีกวิธีหนึ่งที่แปลกใหม่ในการสำรวจระบบสุริยะ

เราทุกคนต่างคุ้นเคยกับแนวคิดของเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อสำรวจระบบสุริยะโดยใช้แรงกดเบา ๆ จากดวงอาทิตย์ แต่มีระบบขับเคลื่อนอื่นที่สามารถควบคุมพลังของดวงอาทิตย์ใบเรือไฟฟ้าและเป็นความคิดที่น่าตื่นเต้น

ไม่กี่สัปดาห์ที่ผ่านมาฉันจัดการคำถามที่คนอื่นมีเกี่ยวกับระบบขับเคลื่อนที่แปลกใหม่ที่ฉันโปรดปรานและฉันก็คิดไอเดียที่น่าตื่นเต้นเช่นใบเรือสุริยะจรวดนิวเคลียร์เครื่องยนต์ไอออน ฯลฯ แต่ก็มีอีกระบบขับเคลื่อน และฉันลืมพูดถึงทั้งหมด แต่มันเป็นหนึ่งในความคิดที่ดีที่สุดที่ฉันเคยได้ยินในชั่วครู่: ใบเรือไฟฟ้า

อย่างที่คุณอาจจะรู้ว่าใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ทำงานโดยการควบคุมโฟตอนของการสตรีมแสงจากดวงอาทิตย์ แม้ว่าโฟตอนจะไม่มีมวล แต่ก็มีโมเมนตัมและสามารถถ่ายโอนได้เมื่อพวกเขากระเด็นพื้นผิวสะท้อนแสง

นอกจากแสงแล้วดวงอาทิตย์ยังพัดอนุภาคที่มีประจุออกมาอย่างต่อเนื่องซึ่งก็คือลมสุริยะ ทีมวิศวกรจากฟินแลนด์นำโดยดร. Pekka Janhunen ได้เสนอการสร้างเรือไฟฟ้าที่จะใช้อนุภาคเหล่านี้เพื่อส่งยานอวกาศออกสู่ระบบสุริยะ

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานฉันจะต้องติดขัดแนวคิดบางอย่างลงในสมองของคุณ

ครั้งแรกที่ดวงอาทิตย์ ลูกรังสีที่อันตรายบนท้องฟ้า อย่างที่คุณอาจทราบว่ามีอนุภาคที่มีประจุจำนวนมากซึ่งส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอนและโปรตอนซึ่งอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ในทุกทิศทาง

นักดาราศาสตร์ไม่แน่ใจอย่างสิ้นเชิง แต่กลไกบางอย่างในโคโรนาของดวงอาทิตย์ชั้นบรรยากาศของมันเร่งอนุภาคเหล่านี้ด้วยความเร็วหลบหนี ความเร็วของพวกเขาแตกต่างกันไปจาก 250 ถึง 750 km / s

ลมสุริยะเดินทางออกจากดวงอาทิตย์และออกสู่อวกาศ เราเห็นผลกระทบต่อดาวหางทำให้พวกมันมีลักษณะหางและมันก็ก่อตัวเป็นฟองรอบ ๆ ระบบสุริยะที่เรียกว่าเฮลิโอสเฟียร์ นี่คือที่ลมสุริยะจากดวงอาทิตย์พบกับลมสุริยะแบบรวมจากดาวดวงอื่นในทางช้างเผือก

ในความเป็นจริงยานอวกาศ Voyager ของนาซ่าเพิ่งเดินทางผ่านภูมิภาคนี้ในที่สุดก็เดินทางไปสู่อวกาศระหว่างดวงดาว

ลมสุริยะทำให้เกิดแรงกดดันโดยตรงเช่นเดียวกับลมจริง แต่มันอ่อนแรงอย่างไม่น่าเชื่อเศษเสี้ยวของความดันแสงที่เกิดจากการแล่นเรือพลังงานแสงอาทิตย์

แต่ลมสุริยะนั้นมีโปรตอนและอิเล็กตรอนที่มีประจุเป็นบวกและนี่คือกุญแจสำคัญ

ใบเรือไฟฟ้าทำงานโดยการม้วนลวดเส้นเล็กอย่างไม่น่าเชื่อหนาเพียง 25 ไมครอน แต่ยาว 20 กิโลเมตร ยานอวกาศติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์และปืนอิเล็กตรอนซึ่งใช้พลังงานเพียงไม่กี่ร้อยวัตต์เท่านั้น

ยานอวกาศยังคงมีประจุที่มีประจุเป็นบวก เนื่องจากโปรตอนจากดวงอาทิตย์มีประจุบวกเมื่อพวกเขาพบกับเชือกโยงที่มีประจุบวกพวกเขา“ เห็น” มันเป็นอุปสรรคใหญ่มากในระยะ 100 เมตรและชนเข้ากับมัน

ด้วยการส่งแรงผลักดันไปยังยานโยงและยานอวกาศไอออนจะเร่งความเร็วให้ห่างจากดวงอาทิตย์

ปริมาณของความเร่งนั้นอ่อนแอมาก แต่มันก็เป็นแรงดันคงที่จากดวงอาทิตย์และสามารถเพิ่มขึ้นได้ในระยะเวลานาน ตัวอย่างเช่นหากยานอวกาศ 1,000 กิโลกรัมมี 100 สายเหล่านี้ขยายออกไปในทุกทิศทางมันจะได้รับการเร่งความเร็ว 1 มม. ต่อวินาทีต่อวินาที

ในวินาทีแรกนั้นจะเดินทาง 1 มม. และจากนั้น 2 มม. ในวินาทีถัดไปเป็นต้นในช่วงเวลาหนึ่งปียานอวกาศนี้จะสามารถวิ่งได้ 30 กิโลเมตรต่อวินาที สำหรับการเปรียบเทียบยานอวกาศที่เร็วที่สุดในนั้นคือ Voyager 1 ของนาซ่ากำลังจะอยู่ที่ประมาณ 17 km / s ดังนั้นเร็วกว่ามากแน่นอนในความเร็วการหลบหนีจากระบบสุริยะ

ข้อเสียอย่างหนึ่งของวิธีการที่จริงแล้วก็คือมันจะไม่ทำงานภายในสนามแม่เหล็กของโลก ดังนั้นยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยเรือไฟฟ้าจะต้องดำเนินการโดยจรวดแบบดั้งเดิมที่อยู่ห่างจากโลกก่อนที่มันจะคลี่แล่นออกจากเรือและมุ่งหน้าสู่อวกาศห้วงลึก

ฉันแน่ใจว่าคุณกำลังสงสัยว่านี่เป็นการเดินทางเที่ยวเดียวเพื่อหนีจากดวงอาทิตย์หรือไม่ แต่จริงๆแล้วไม่ใช่ เช่นเดียวกับเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์ใบเรือไฟฟ้าสามารถหมุนได้ ขึ้นอยู่กับว่าลมสุริยลมแล่นไปทางด้านใดก็จะเพิ่มหรือลดวงโคจรของยานอวกาศจากดวงอาทิตย์

โจมตีเรือในด้านหนึ่งและคุณยกวงโคจรของมันเพื่อเดินทางไปยังระบบสุริยะรอบนอก แต่คุณสามารถโจมตีอีกด้านหนึ่งและลดวงโคจรของมันได้เพื่อให้มันสามารถเดินทางไปยังระบบสุริยะชั้นในได้ มันเป็นระบบขับเคลื่อนที่ใช้งานได้อย่างหลากหลายอย่างไม่น่าเชื่อและ Sun ทำงานได้อย่างสมบูรณ์

แม้ว่านี่จะดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ แต่จริงๆแล้วมีการทดสอบบางอย่างในผลงาน ดาวเทียมต้นแบบของเอสโตเนียเปิดตัวในปี 2013 แต่มอเตอร์ของมันไม่สามารถปล่อยสัญญาณได้ ดาวเทียม Aalto-1 ของฟินแลนด์ได้เปิดตัวในเดือนมิถุนายน 2017 และหนึ่งในการทดลองของมันคือการทดสอบใบเรือไฟฟ้า

เราควรตรวจสอบว่าเทคนิคนี้ปฏิบัติได้หรือไม่ในปีนี้

ไม่ใช่แค่ฟินน์ที่กำลังพิจารณาระบบขับเคลื่อนนี้ ในปี 2558 องค์การนาซ่าประกาศว่าพวกเขาได้รับรางวัลแนวคิดขั้นสูงนวัตกรรมระยะที่ II ให้แก่ดร. Pekka Janhunen และทีมของเขาเพื่อสำรวจว่าเทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้ในการเข้าถึงระบบสุริยจักรวาลภายนอกได้อย่างไรในเวลาน้อยกว่าวิธีอื่น ๆ

Heliopause ระบบขนส่งมวลชนไฟฟ้าสถิตหรือยานอวกาศ HERTS จะขยาย 20 ของ tethers ไฟฟ้าเหล่านี้ออกไปจากศูนย์ก่อตัวใบเรือไฟฟ้าขนาดใหญ่วงกลมเพื่อจับลมสุริยะ ด้วยการหมุนยานอวกาศอย่างช้าๆแรงเหวี่ยงหนีศูนย์จะเหยียดตัวออกเป็นรูปร่างกลมนี้

ด้วยประจุไฟฟ้าที่เป็นบวกแต่ละโยงจะทำหน้าที่เหมือนกำแพงกั้นลมสุริยะซึ่งทำให้ยานอวกาศมีพื้นที่ผิวที่มีประสิทธิภาพ 600 ตารางกิโลเมตรเมื่อมันเริ่มจากโลก แม้ว่ามันจะห่างจากโลกมากขึ้น แต่พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของมันจะเพิ่มขึ้นเป็น 1,200 ตารางกิโลเมตรเมื่อถึงดาวพฤหัส

เมื่อใบเรือสุริยะเริ่มสูญเสียพลังงานใบเรือไฟฟ้าก็เร่งความเร็วต่อไป ในความเป็นจริงมันจะเร่งออกมาอย่างรวดเร็วผ่านวงโคจรของดาวยูเรนัส

หากเทคโนโลยีทำงานได้ภารกิจของ HERTS สามารถไปถึง heliopause ได้ในเวลาเพียง 10 ปี Voyager ใช้เวลา 1 ปี 35 ถึงระยะทางนี้ 121 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์

แต่แล้วเรื่องการบังคับเลี้ยวล่ะ? โดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าในแต่ละเส้นลวดเมื่อยานอวกาศหมุนตัวคุณอาจทำให้เรือทั้งหมดมีปฏิสัมพันธ์ต่างกันในด้านหนึ่งหรืออีกด้านหนึ่งเป็นลมสุริยะ คุณสามารถบังคับยานอวกาศทั้งใบได้บนเรือ

ในเดือนกันยายน 2560 ทีมนักวิจัยจากสถาบันอุตุนิยมวิทยาฟินแลนด์ประกาศแนวคิดที่รุนแรงสำหรับวิธีที่พวกเขาอาจจะใช้ใบเรือไฟฟ้าเพื่อสำรวจแถบดาวเคราะห์น้อยได้อย่างทั่วถึง

แทนที่จะเป็นยานอวกาศเดี่ยวพวกเขาเสนอให้สร้างกองยานดาวเทียม 5 ดวงแยกต่างหาก 50 กิโลกรัม แต่ละคนจะละเหี่ยลากยาว 20 กม. ของตนเองและรับลมสุริยะของดวงอาทิตย์ ตลอดระยะเวลา 3 ปียานอวกาศจะเดินทางไปยังแถบดาวเคราะห์น้อยและเยี่ยมชมหินอวกาศที่แตกต่างกันหลายแห่ง กองเรือเต็มอาจจะสามารถสำรวจวัตถุ 300 ชิ้นแยกกัน

ยานอวกาศแต่ละลำจะมีกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กที่มีรูรับแสงเพียง 40 มม. นั่นเป็นเรื่องเกี่ยวกับขนาดของขอบเขตการตรวจจับหรือกล้องส่องทางไกลครึ่งคู่ แต่มันก็เพียงพอที่จะแก้ไขคุณลักษณะบนพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดเล็กถึง 100 เมตร พวกเขายังมีสเปกโตรมิเตอร์อินฟราเรดเพื่อตรวจสอบว่าแร่ธาตุแต่ละดวงนั้นทำมาจากอะไร

นี่เป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการพบว่าดาวเคราะห์น้อยที่มีมูลค่าสูงถึง $ 1000000000000

เนื่องจากยานอวกาศนั้นเล็กเกินไปที่จะสื่อสารตลอดทางจนถึงโลกพวกเขาจึงจำเป็นต้องจัดเก็บข้อมูลบนเครื่องแล้วส่งทุกอย่างเมื่อมาถึงโลกของเราในอีก 3 ปีต่อมา

นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ฉันได้พูดคุยเพื่อรักความคิดในการสำรวจวัตถุต่าง ๆ มากมายในเวลาเดียวกันและแนวคิดแล่นเรือไฟฟ้าเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการทำสิ่งนี้

ตามที่นักวิจัยพวกเขาสามารถทำภารกิจได้ประมาณ $ 70 ล้านนำค่าใช้จ่ายในการวิเคราะห์ดาวเคราะห์น้อยลงไปประมาณ $ 240,000 นั่นจะถูกเมื่อเทียบกับวิธีอื่นที่เสนอให้ศึกษาดาวเคราะห์น้อย

การสำรวจอวกาศใช้จรวดเคมีแบบดั้งเดิมเพราะรู้จักและเชื่อถือได้ แน่นอนว่าพวกเขามีข้อบกพร่อง แต่พวกเขาพาเราข้ามระบบสุริยะไปยังหลายพันล้านกิโลเมตรจากโลก

แต่มีการขับเคลื่อนในรูปแบบอื่น ๆ เช่นใบเรือไฟฟ้า และในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้าเราจะเห็นแนวคิดเหล่านี้มากขึ้นเรื่อย ๆ ระบบขับเคลื่อนที่ปราศจากน้ำมันเชื้อเพลิงซึ่งสามารถส่งยานอวกาศไปยังด้านนอกของระบบสุริยะ ได้โปรด

ฉันจะแจ้งให้คุณทราบเมื่อมีการทดสอบใบเรือไฟฟ้าเพิ่มเติม

พอดคาสต์ (เสียง): ดาวน์โหลด (ระยะเวลา: 10:10 - 9.3MB)

สมัครสมาชิก: Apple Podcasts | Android | RSS

พอดคาสต์ (วิดีโอ): ดาวน์โหลด (ระยะเวลา: 10:10 - 69.3MB)

สมัครสมาชิก: Apple Podcasts | Android | RSS