私たちは皆、太陽からの軽い圧力を利用して太陽系を探索するソーラーセイルのアイデアに精通しています。しかし、太陽、電気帆の力を利用できる別の推進システムがあり、それはかなりエキサイティングなアイデアです。
数週間前、私は誰かが私のお気に入りのエキゾチックな推進システムについて持っている質問に取り組みました、そして私はエキサイティングであると思ういくつかのアイデアを打ち消しました：ソーラーセイル、核ロケット、イオンエンジンなどです。 、そして私はまったく言及するのを忘れていましたが、それは私がしばらく聞いた中で最高のアイデアの1つです：電気帆。
ご存知のように、ソーラーセイルは、太陽から流れる光の光子を利用して機能します。光子は質量がありませんが、運動量があり、反射面で跳ね返ったときに転送することができます。
光に加えて、太陽は荷電粒子の定常的な流れ、つまり太陽風を吹き飛ばしています。ペッカヤンフネン博士が率いるフィンランドのエンジニアチームは、これらの粒子を使用して宇宙船を太陽系に運ぶ電気帆を作ることを提案しました。
これがどのように機能するかを理解するには、いくつかの概念をあなたの脳に詰め込む必要があります。
まず、太陽。空の放射線の致命的なボール。おそらくご存知のとおり、主に電子と陽子の荷電粒子の定常的な流れがあり、太陽からあらゆる方向にジップしています。
天文学者はどのようにしているかは完全にはわかりませんが、太陽のコロナ、その上層大気の何らかのメカニズムがこれらの粒子を脱出速度で加速します。速度は250〜750 km / sです。
太陽風は太陽から遠ざかり、宇宙へと放出されます。彗星への影響を見て、それらに特徴的な尾を与え、太陽圏として知られている太陽系の周りに泡を形成します。これは、太陽からの太陽風が天の川の他の星からの集合的な太陽風に出会うところです。
実際、NASAのボイジャー宇宙船は最近この地域を通過し、ついに星間宇宙へと向かいました。
太陽風は実際の風のように直接の圧力を引き起こしますが、信じられないほど弱く、ソーラーセールが受ける軽い圧力の一部です。
しかし、太陽風には正に帯電した陽子と電子の流れが含まれており、これが鍵となります。
電気帆は、厚さわずか25ミクロン、長さ20キロメートルの非常に細いワイヤーを繰り出すことで機能します。宇宙船はソーラーパネルと数百ワットの電子銃を搭載しています。
電子を宇宙に放出することにより、宇宙船は非常に正に帯電した状態を維持します。太陽からの陽子も正に帯電しているため、正に帯電したテザーに遭遇すると、100メートルにわたって巨大な障害物が「見え」、衝突します。
テザーと宇宙船にその勢いを与えることにより、イオンは太陽から離れる方向に加速します。
加速の量は非常に弱いですが、それは太陽からの一定の圧力であり、長期間にわたって加算されます。たとえば、1000 kgの宇宙船にこれらのワイヤーが100本すべての方向に伸びている場合、1秒あたり1 mmの加速度を受け取ることができます。
最初の1秒間で1 mm移動し、次に2秒間で2 mm移動します。1年の間に、この宇宙船は30 km / sで移動する可能性があります。ちなみに、NASAのVoyager 1は、最速の17 km / sしかありません。つまり、はるかに速く、間違いなく太陽系からの脱出速度についてです。
この方法の欠点の1つは、実際には、地球の磁気圏内では機能しないことです。したがって、帆を使用して電気宇宙船を地球から遠ざけるには、帆を広げて深宇宙に向かう必要があります。
これは太陽から離れるための片道の旅なのか疑問に思うでしょうが、実際はそうではありません。ソーラーセイルと同じように、電気セイルを回転させることができます。太陽風が帆のどちら側に当たるかに応じて、太陽から宇宙船の軌道を上げたり下げたりします。
帆を片側に打ち、軌道を上げて太陽系の外側に移動します。しかし、反対側を攻撃して軌道を下げ、内部の太陽系に到達することもできます。これは非常に用途の広い推進システムであり、太陽はすべての作業を行います。
これはSFのように聞こえますが、実際にはいくつかのテストが行われています。エストニアのプロトタイプ衛星は2013年に打ち上げられましたが、そのモーターはテザーを繰り出すことができませんでした。フィンランドのAalto-1衛星は2017年6月に打ち上げられました。実験の1つは電気帆をテストすることです。
この手法が今年後半に実行可能かどうかを調べる必要があります。
この推進システムを検討しているのはフィンランド人だけではありません。 2015年、NASAは、ペッカヤンフネン博士とそのチームにフェーズII革新的先進概念の助成金を授与し、この技術を使用して他の方法よりも短い時間で外部の太陽系に到達する方法を検討したことを発表しました。
Heliopause Electrostatic Rapid Transit System、またはHERTS宇宙船は、これらの電気テザーの20本を中心から外側に延長し、巨大な円形の電気帆を形成して太陽風をキャッチします。宇宙船をゆっくりと回転させることにより、遠心力がテザーをこの円形に伸ばします。
その正の電荷により、各テザーは太陽風に対する巨大な障壁のように機能し、地球から発射された宇宙船に600平方キロメートルの有効表面積を与えます。しかし、地球から遠ざかるにつれて、その有効面積は木星に到達するまでに1,200平方kmに相当します。
ソーラーセイルがパワーを失い始めると、電気セイルは加速し続けます。実際、それは天王星の軌道を過ぎて加速し続けます。
テクノロジーがうまくいけば、HERTSの任務はたった10年でヘリオポーズに到達するでしょう。この距離、太陽から121天文単位に到達するには、Voyager 1が35年かかりました。
しかし、ステアリングはどうですか？宇宙船が回転するときに各ワイヤの電圧を変更することにより、帆全体を太陽風に対して片側または反対側で異なるように相互作用させることができます。あなたはボートの帆のように宇宙船全体を操縦することができます。
2017年9月、フィンランド気象研究所の研究者チームは、電気帆を使用して小惑星帯を包括的に探索する方法について、かなり過激なアイデアを発表しました。
単一の宇宙船の代わりに、彼らは50の別々の5kgの衛星の艦隊を作ることを提案しました。それぞれが独自の20 kmの長さのテザーを繰り出し、太陽の太陽風を受け取ります。 3年間のミッションの間に、宇宙船は小惑星帯まで移動し、いくつかの異なる宇宙岩を訪れました。完全な艦隊はおそらく300の個別のオブジェクトを探索することができます。
各宇宙船には、40 mmの開口部しか付いていない小さな望遠鏡が装備されます。それはスポッティングスコープのサイズ、または双眼鏡のペアのサイズとほぼ同じですが、小惑星の表面の特徴を直径100メートルほどで解決するには十分です。また、各小惑星がどのような鉱物でできているかを判断できる赤外線分光計も備えています。
これは、固体プラチナ製の10兆ドルの小惑星を見つけるのに最適な方法です。
宇宙船は小さすぎて地球に戻るまで通信できないため、データを搭載してから、3年後に惑星を通過したらすべてを送信する必要があります。
私が話していた惑星の科学者たちは、この多くの異なるオブジェクトを同時に調査できるというアイデアを気に入っています。電気帆のアイデアは、それを行う最も効率的な方法の1つです。
研究者達によると、彼らは約7000万ドルの使命を果たすことができ、各小惑星を分析するためのコストを約240,000ドルにまで下げることができました。それは小惑星を研究するために提案された他のどの方法と比較しても安くなるでしょう。
宇宙探査では、既知で信頼性の高い伝統的な化学ロケットを使用しています。確かに彼らには欠点がありますが、地球から何十億キロも離れたところに太陽系を横切って私たちを連れて行ってくれました。
しかし、電気帆のような他の形式の推進力があります。そして今後数十年で、これらのアイデアがますますテストされるようになるでしょう。宇宙船を太陽系の外側の範囲に運ぶことができる燃料なしの推進システム？はい、お願いします。
より多くの電気帆がテストされたら、私はあなたを投稿し続けます。
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