Navigare electrică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Sistemul de transport rapid electrostatic Heliopause (HERTS) este un concept de navă spațială care folosește vele electrice

O navă electrică este un tip de propulsie pentru o navă spațială care folosește presiunea dinamică a vântului solar ca mijloc de împingere. Acest lucru vă permite să creați o „navă” virtuală folosind fire conductoare care au funcția de a genera un câmp electric capabil să devieze protonii vântului solar și să creeze un cuplu de antrenare . Ideea a fost conceptualizată pentru prima dată de Pekka Janhunen în 2006 la Institutul Meteorologic Finlandez [1] .

Principiile construcției și proiectării

Vela electrică constă dintr-o serie de fire conductoare subțiri și lungi ținute în sarcină potențială pozitivă de un pistol de electroni [2] la bord. Sarcina pozitivă încarcă firele pânzei solare care deviază protonii, deci este posibil să extrapolăm un cuplu de la ei. În același timp, aceștia atrag electronii din plasma vântului solar, producând un curent de electroni. Pistolul de electroni de la bord compensează curentul electric de intrare.

Pentru a distribui mai bine firele, se folosește forța centrifugă prin rotirea navei spațiale, astfel încât acestea să rămână tensionate. Optimizând sarcina potențială a fiecărui fir și, astfel, puterea vântului solar, comportamentul navei spațiale poate fi controlat.

Misiunile care utilizează această tehnologie pot fi efectuate aproape în orice moment, cu doar variații minore ale timpului de călătorie. Pe de altă parte, misiunile care folosesc efectul de sling convențional trebuie să aștepte până când planetele ating o anumită aliniere [3] .

Reprezentarea artistului asupra ESTCube-1, lansată în mai 2013, cu intenția de a fi primul satelit care a testat o navă electrică.

Vele electrice care profită de vântul solar au ceva în comun cu vele solare tradiționale. Pânzele electrice își derivă cuplul din ionii vântului solar , în timp ce o pânză fotonică este propulsată de fotoni . Prin urmare, forța disponibilă exercitată este de numai aproximativ 1% din presiunea fotonului; totuși acest factor ar putea fi compensat prin simplitatea construcției la scară. Partea velei este înconjurată de fire de plumb îndreptate plasate radial în jurul navei gazdă. Firele sunt încărcate electric și, prin urmare, în jurul lor se creează un câmp electric. Câmpul electric al firelor se extinde cu câteva zeci de metri în plasma vântului solar din jur. Distanța de penetrare depinde de densitatea plasmei solare a vântului, iar lungimea Debye este utilizată ca scară. Întrucât electronii din vântul solar afectează câmpul electric, care sunt similari cu fotonii pe o navă solară tradițională, raza electrică reală a firelor se bazează pe câmpul electric generat în jurul lor, mai degrabă decât pe cel real al fiecăruia. Acest lucru vă permite, de asemenea, să manevrați reglând încărcarea electrică a firelor.

O velă întinsă poate avea între 50 și 100 de fire întinse cu o lungime de aproximativ 20 km fiecare. Comparativ cu o pânză solară reflectorizantă, care este un alt sistem de propulsie în spațiu fără utilizarea propulsorului, pânzele electrice eoliene solare pot continua să accelereze la o distanță mare de Soare, deci continuă să dezvolte împingere în apropierea planetelor. Când ajunge la uriașii de gheață , este posibil să fi atins o viteză de 20 km / s, care este egală cu viteza atinsă de nava spațială New Horizons , dar, fără asistență gravitațională.

Pentru a minimiza daunele suferite de firele subțiri provocate de micrometeoriți , firele ar fi formate din mai multe fire cu diametrul cuprins între 25 și 50 µm, sudate împreună la intervale regulate. În acest fel, chiar dacă un fir ar fi rupt, o conexiune ar fi totuși garantată pentru întreaga lungime a firului. Fezabilitatea utilizării sudării cu ultrasunete a fost demonstrată la Universitatea din Helsinki în ianuarie 2013 [4] .

Istoria dezvoltării

Academia Finlandei finanțează dezvoltarea velelor electrice din 2007.

Pentru a testa noua tehnologie, FMI a anunțat un nou proiect de studiu privind pânzele electrice sprijinit de Uniunea Europeană în decembrie 2010 [5] . Contribuția UE a fost de 1,7 milioane EUR. Scopul său a fost de a construi prototipuri de laborator de componente cheie, de a implica cinci țări europene și sa încheiat în noiembrie 2013 [6] . În evaluarea UE, proiectul a obținut cel mai mare scor din categoria sa [7] [8] . A fost efectuat un test pentru a verifica principiile de funcționare ale velei electrice pe orbita pământului de jos cu satelitul estonian ESTCube-1 (2013-2015), dar a existat o defecțiune tehnică și testul a eșuat. Motorul electric folosit pentru derularea velei nu a reușit să deruleze tamburul. În testele ulterioare la sol, s-a descoperit că un motiv probabil al eșecului a fost un contact care a fost posibil deteriorat fizic de vibrații în timpul lansării.

Un grup internațional de cercetare, inclusiv Janhunen, a primit finanțare printr-o solicitare NIAC din 2015 pentru așa-numita „Faza II” pentru dezvoltarea ulterioară la Centrul de zbor spațial Marshall al NASA [2] [9] . Proiectul lor de cercetare se numește „Heliopause Electrostatic Rapid Transit System” (HERTS) [2] [10] . Conceptul Heliopause Electrostatic Rapid Transit System (HERTS) este în prezent testat. Potrivit HERTS, ar putea dura 10 până la 15 ani pentru a face o călătorie de peste 100 de unități astronomice (15 miliarde de kilometri).

Un nou satelit lansat în iunie 2017 [11] , nanosatelitul finlandez Aalto-1, aflat în prezent pe orbită, va testa polul electric pentru dezobitere în 2019. [12] [13] [14] [15] [16]

În 2017, Academia finlandeză a acordat finanțare Centrului de excelență pentru perioada cuprinsă între 2018 și 2025 unui grup care include Janhunen și membri ai universității, pentru a înființa Centrul de excelență finlandez în cercetarea spațiului durabil [17] [18] .

Limitări

Aproape toți sateliții care orbitează Pământul se află în magnetosfera Pământului. Cu toate acestea, vela electrică nu poate fi utilizată în interiorul magnetosferei, deoarece vântul solar nu pătrunde în ea, permițând doar fluxuri de plasmă și câmpuri magnetice mai lente. În schimb, în ​​această centură a atmosferei, vela electrică poate funcționa ca o frână, permițând sateliților să se deorbiteze. [19]

Ca și în cazul altor tipuri de pânze solare, o variație a direcției de împingere poate fi obținută prin înclinarea pânzei, chiar dacă vectorul de împingere indică mai mult sau mai puțin radial spre exteriorul Soarelui. S-a estimat că înclinația maximă de funcționare ar fi de 60 °, cu un unghi de împingere de 30 ° față de direcția radială spre exterior. Cu toate acestea, ca și în cazul velelor unei nave, tacheta ar putea fi folosită pentru a schimba traiectoria. Navele interstelare care se apropiau de Soare ar putea folosi fluxul vântului solar pentru a încetini [19] .

Aplicații

Misiuni rapide la Uranus

Janhunen și alții au propus o misiune pentru a ajunge la Uranus folosind o pânză electrică. Destinația putea fi atinsă în același timp în care nava spațială Galileo anterioară a ajuns la Jupiter, chiar dacă a parcurs un sfert din distanță. Galileo a durat șase ani pentru a ajunge la Jupiter, iar misiunea a costat 1,6 miliarde de dolari. În schimb, nava spațială Cassini-Huygens a durat șapte ani pentru a ajunge la Saturn cu același cost. Planorul se crede că consumă aproximativ 540 de wați , produce 0,5 Newton de forță și accelerează nava spațială cu aproximativ 1 mm / s 2 . Prin urmare, nava spațială ar trebui să atingă o viteză de aproximativ 20 km / s când ajunge la Uranus, la șase ani de la plecare [3] [21] . Dezavantajul este că planorul electric nu poate fi folosit ca frână, astfel încât sonda spațială atinge o viteză de 20 km / s, limitând misiunile de zbor în apropiere sau cele din atmosferă . Faza de frânare ar necesita o rachetă chimică convențională.

Notă

  1. ^ ( RO ) FI2007000056 VELĂ ELECTRICĂ PENTRU PRODUCEREA PROPULSIEI SPACIALĂ , pe patentscope.wipo.int . Adus la 23 iulie 2021 (Arhivat din original la 12 decembrie 2012) .
  2. ^ a b c ( EN ) Mike Wall, „Electric Sails” ar putea propulsa nave spațiale super rapide până în 2025 , pe Space.com , 9 noiembrie 2015. Adus pe 14 aprilie 2020 .
  3. ^ A b (EN) MIT Technology Review | MIT Technology Review , pe technologyreview.com , 9 ianuarie 2014. Accesat la 23 iulie 2020 (arhivat din original la 9 ianuarie 2014) .
  4. ^ (RO) Mark Hoffman, sârmă Superthin pentru propulsie electrică cu propulsie spațială electrică , Science World Report, 10 ianuarie 2013. Accesat la 14 aprilie 2020.
  5. ^ (EN) Clay Dillow, „Vela electrică” susținută de UE ar putea fi cel mai rapid dispozitiv creat de om vreodată , Popular Science, 10 decembrie 2010. Accesat la 14 aprilie 2020.
  6. ^ (EN) E-sail , pe www.electric-sailing.fi. Adus pe 14 aprilie 2020 .
  7. ^ (EN) E-sail , pe www.electric-sailing.fi. Adus la 14 aprilie 2020 (Arhivat din original la 14 martie 2012) .
  8. ^ (EN)Proiectul UE de a construi Electric Solar Wind Sail pe phys.org, 9 decembrie 2010. Adus 14 aprilie 2020.
  9. ^ (RO) Electric Solar Sail Concept Introducere - SpaceRef pe spaceref.com, 17 august 2015. Accesat la 14 aprilie 2020.
  10. ^ (EN) Loura Hall, Heliopause Electrostatic Rapid Transit System (HERTS) , de la NASA, 2 iulie 2015. Accesat la 14 aprilie 2020.
  11. ^ (EN) Rezumat - Aalto-1 - Aalto University Wiki , pe wiki.aalto.fi. Adus la 23 iulie 2021 (Arhivat din original la 23 decembrie 2014) .
  12. ^ ( FI ) Samppa Rautio, Ensi yönä kello 00:51 taivaalla kiitää tähdenlento - Kyseessä on epäonnisen suomalaissatelliitin viimeinen matka , on iltalehti.fi , 6 februarie 2019. Adus 14 aprilie 2020 .
  13. ^ (EN) Proiectul UE de a construi Electric Solar Wind Wind - Arhivă comunicat de presă - Institutul meteorologic finlandez , pe en.ilmatieteenlaitos.fi, 9 decembrie 2010. Accesat la 14 aprilie 2020 (depus de 'url original 7 iunie 2019).
  14. ^ ( ET ) Priit Rajalo, Eesti esimene satelliit on valmimas , on uudised.err.ee , 13 ianuarie 2013. Adus 23 iulie 2021 (arhivat din original la 31 ianuarie 2013) .
  15. ^ ( RO ) Știri | Universitatea Aalto , pe www.aalto.fi . Adus pe 14 aprilie 2020 .
  16. ^ (EN) The Baltic Course - Știri și analize ale statelor baltice , către The Baltic Course. Adus pe 14 aprilie 2020 .
  17. ^ (EN) Lista unităților selectate pentru programul Centrul de excelență 2018-2025 (PDF) pe aka.fi. Adus la 23 iulie 2021 (Arhivat din original la 24 august 2018) .
  18. ^ ( EN ) Știri - Universitatea Aalto , pe www.aalto.fi . Adus pe 14 aprilie 2020 .
  19. ^ A b (EN) Steven Ashley, Sail E-way: Nave spațiale care călăresc vântul solar pe vele de câmp electric ar putea face o croazieră la 180.000 km / h , Scientific American. Adus pe 14 aprilie 2020 .
  20. ^ (EN) Nikolaos Perakisa și Andreas M. Hein, Combining Magnetic and Electric Sails for Interstellar Deceleration (PDF) pe arxiv.org, 22 ianuarie 2016. Accesat la 23 iulie 2021 ( depus la 27 ianuarie 2021).
  21. ^ (EN) Pekka Janhunen, Jean-Pierre Lebreton și Sini Merikallio, misiune rapidă E-sail Uranus entry probe , în Planetary and Space Science, vol. 104, 2014-12, pp. 141–146, DOI : 10.1016 / j.pss.2014.08.004 . Adus pe 14 aprilie 2020 .

Bibliografie

Elemente conexe

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Vela_elettrica&oldid=122503460 ”