Tất cả chúng ta đều quen thuộc với ý tưởng về các cánh buồm mặt trời để khám phá Hệ mặt trời, sử dụng áp lực ánh sáng từ Mặt trời. Nhưng có một hệ thống đẩy khác có thể khai thác sức mạnh của Mặt trời, cánh buồm điện và nó là một ý tưởng khá thú vị.
Vài tuần trước, tôi đã giải quyết một câu hỏi mà ai đó có về hệ thống động lực kỳ lạ yêu thích của tôi, và tôi đã nghĩ ra một vài ý tưởng mà tôi thấy thú vị: cánh buồm mặt trời, tên lửa hạt nhân, động cơ ion, v.v. , và tôi hoàn toàn quên đề cập đến, nhưng đó là một trong những ý tưởng hay nhất tôi từng nghe trong một lúc: cánh buồm điện.
Như bạn có thể biết, một cánh buồm mặt trời hoạt động bằng cách khai thác các photon ánh sáng phát ra từ Mặt trời. Mặc dù các photon không có khối lượng, chúng có động lượng và có thể chuyển nó khi chúng bật ra khỏi bề mặt phản chiếu.
Ngoài ánh sáng, Mặt trời cũng thổi ra một dòng các hạt tích điện ổn định - gió mặt trời. Một nhóm các kỹ sư đến từ Phần Lan, do Tiến sĩ Pekka Janhunen dẫn đầu, đã đề xuất chế tạo một cánh buồm điện sẽ sử dụng các hạt này để mang tàu vũ trụ ra ngoài Hệ mặt trời.
Để hiểu cách thức hoạt động của nó, tôi sẽ cần đưa một vài khái niệm vào não của bạn.
Đầu tiên, Mặt trời. Đó là quả bóng bức xạ chết người trên bầu trời. Như bạn có thể biết, có một dòng các hạt tích điện ổn định, chủ yếu là các electron và proton, tách khỏi Mặt trời theo mọi hướng.
Các nhà thiên văn học hoàn toàn chắc chắn làm thế nào, nhưng một số cơ chế trong Sunona corona, bầu khí quyển phía trên của nó, tăng tốc các hạt này trên một vận tốc thoát. Tốc độ của chúng thay đổi từ 250 đến 750 km / s.
Gió mặt trời đi từ Mặt trời và ra ngoài vũ trụ. Chúng ta thấy tác động của nó lên sao chổi, tạo cho chúng những cái đuôi đặc trưng của chúng và nó tạo thành một bong bóng xung quanh Hệ Mặt trời được gọi là nhật quyển. Đây là nơi gió mặt trời từ Mặt trời gặp gió mặt trời tập thể từ các ngôi sao khác trong Dải ngân hà.
Trên thực tế, tàu vũ trụ NASA Voy Voyager gần đây đã đi qua khu vực này, cuối cùng đã tìm đường đến vũ trụ giữa các vì sao.
Gió mặt trời gây ra một áp lực trực tiếp, giống như một cơn gió thực sự, nhưng nó cực kỳ yếu, một phần áp suất ánh sáng mà một cánh buồm mặt trời trải qua.
Nhưng gió mặt trời chứa một luồng các proton và electron tích điện dương, và đây là chìa khóa.
Một cánh buồm điện hoạt động bằng cách quay ra một sợi dây cực kỳ mỏng, chỉ dày 25 micron, nhưng dài 20 km. Tàu vũ trụ được trang bị các tấm pin mặt trời và một khẩu súng điện tử chỉ mất vài trăm watt để chạy.
Bằng cách bắn các electron ra ngoài vũ trụ, tàu vũ trụ duy trì trạng thái tích điện dương. Vì các proton từ Mặt trời cũng tích điện dương, nên khi chúng gặp phải dây buộc tích điện dương, chúng sẽ nhìn thấy nó là một chướng ngại vật lớn dài 100 mét và đâm vào nó.
Bằng cách truyền động lượng của chúng vào dây buộc và tàu vũ trụ, các ion tăng tốc nó ra khỏi Mặt trời.
Lượng tăng tốc rất yếu, nhưng nó có áp lực không đổi từ Mặt trời và có thể tăng lên trong một khoảng thời gian dài. Ví dụ, nếu một tàu vũ trụ nặng 1000 kg có 100 dây này kéo dài ra mọi hướng, nó có thể nhận được gia tốc 1 mm mỗi giây mỗi giây.
Trong giây đầu tiên, nó di chuyển 1 mm, và sau đó là 2 mm trong giây tiếp theo, v.v ... Trong suốt một năm, tàu vũ trụ này có thể đi được 30 km / s. Chỉ để so sánh, tàu vũ trụ nhanh nhất ngoài kia, NASA Voy Voyager 1, chỉ đơn thuần là đi khoảng 17 km / s. Vì vậy, nhanh hơn nhiều, chắc chắn về tốc độ thoát khỏi Hệ mặt trời.
Trên thực tế, một trong những nhược điểm của phương pháp là nó đã giành được công việc của Google trong từ trường Trái đất. Vì vậy, một tàu vũ trụ chạy bằng điện sẽ cần phải được mang theo bởi một tên lửa truyền thống ra khỏi Trái đất trước khi nó có thể tháo buồm ra và bay vào không gian sâu.
Tôi chắc chắn rằng bạn đã tự hỏi liệu đây có phải là chuyến đi một chiều để tránh xa Mặt trời không, nhưng thực tế thì không phải vậy. Giống như với các cánh buồm mặt trời, một cánh buồm điện có thể được xoay vòng. Tùy thuộc vào phía nào của cánh buồm mà gió mặt trời tấn công, nó có thể tăng hoặc giảm quỹ đạo tàu vũ trụ từ Mặt trời.
Đập cánh buồm về một phía và bạn nâng quỹ đạo của nó để đi đến Hệ mặt trời bên ngoài. Nhưng bạn cũng có thể tấn công phía bên kia và hạ thấp quỹ đạo của nó, cho phép nó đi xuống Hệ mặt trời bên trong. Nó có một hệ thống đẩy cực kỳ linh hoạt và Mặt trời làm tất cả công việc.
Mặc dù điều này nghe giống như khoa học viễn tưởng, nhưng thực sự có một số thử nghiệm trong các tác phẩm. Một vệ tinh nguyên mẫu của Estonia đã được phóng trở lại vào năm 2013, nhưng động cơ của nó đã thất bại trong việc trói buộc. Vệ tinh Aalto-1 của Phần Lan đã được phóng vào tháng 6 năm 2017 và một trong những thí nghiệm của nó là thử nghiệm một cánh buồm điện.
Chúng ta nên tìm hiểu xem kỹ thuật này có khả thi vào cuối năm nay không.
Nó không chỉ là người Phần Lan đang xem xét hệ thống động lực này. Vào năm 2015, NASA tuyên bố rằng họ đã trao một khoản trợ cấp cho các khái niệm cải tiến tiên tiến giai đoạn II cho Tiến sĩ Pekka Janhunen và nhóm của ông để khám phá cách công nghệ này có thể được sử dụng để tiếp cận Hệ mặt trời bên ngoài trong thời gian ngắn hơn các phương pháp khác.
Hệ thống vận chuyển nhanh tĩnh điện Heliopause, hay tàu vũ trụ HERTS sẽ kéo dài 20 trong số các tethers điện này ra khỏi trung tâm, tạo thành một cánh buồm điện hình tròn khổng lồ để đón gió mặt trời. Bằng cách quay chậm tàu vũ trụ, các lực ly tâm sẽ kéo căng các tethers ra thành hình tròn này.
Với điện tích dương, mỗi dây buộc đóng vai trò như một rào cản khổng lồ đối với gió mặt trời, mang lại cho tàu vũ trụ diện tích bề mặt hiệu quả là 600 km2 khi nó phóng ra khỏi Trái đất. Tuy nhiên, khi nó ở xa hơn, từ Trái đất, diện tích hiệu quả của nó tăng lên tương đương 1.200 km2 vào thời điểm nó tới Sao Mộc.
Khi một cánh buồm mặt trời bắt đầu mất điện, một cánh buồm điện sẽ tiếp tục tăng tốc. Trên thực tế, nó sẽ tiếp tục tăng tốc vượt qua quỹ đạo của Thiên vương tinh.
Nếu công nghệ phát huy tác dụng, nhiệm vụ HERTS có thể đạt đến căn bệnh vô căn chỉ sau 10 năm. Phải mất Voyager 1 35 năm để đạt được khoảng cách này, 121 đơn vị thiên văn từ Mặt trời.
Nhưng còn tay lái thì sao? Bằng cách thay đổi điện áp trên mỗi dây khi tàu vũ trụ quay, bạn có thể khiến toàn bộ cánh buồm tương tác khác nhau ở một bên hoặc bên kia với gió mặt trời. Bạn có thể điều khiển toàn bộ tàu vũ trụ giống như những cánh buồm trên thuyền.
Vào tháng 9 năm 2017, một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Viện Khí tượng Phần Lan đã công bố một ý tưởng khá triệt để về cách họ có thể sử dụng các cánh buồm điện để khám phá toàn diện vành đai tiểu hành tinh.
Thay vì một tàu vũ trụ, họ đề xuất xây dựng một phi đội gồm 50 vệ tinh 5 kg riêng biệt. Mỗi người sẽ tự trói mình một sợi dây dài 20 km và đón gió mặt trời. Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ 3 năm, tàu vũ trụ sẽ đi ra vành đai tiểu hành tinh và ghé thăm một số tảng đá không gian khác nhau. Hạm đội đầy đủ có thể sẽ có thể khám phá 300 đối tượng riêng biệt.
Mỗi tàu vũ trụ sẽ được trang bị một kính thiên văn nhỏ chỉ có khẩu độ 40 mm. Rằng về kích thước của một phạm vi đốm, hoặc một nửa ống nhòm, nhưng nó sẽ đủ để giải quyết các tính năng trên bề mặt của một tiểu hành tinh nhỏ tới 100 mét. Họ cũng có một máy quang phổ hồng ngoại để có thể xác định khoáng chất mà mỗi tiểu hành tinh được tạo ra.
Đó là một cách tuyệt vời để tìm thấy tiểu hành tinh trị giá 10 nghìn tỷ đô la làm từ bạch kim rắn.
Vì tàu vũ trụ sẽ quá nhỏ để có thể liên lạc trở lại Trái đất, nên họ cần lưu trữ dữ liệu trên tàu và sau đó truyền mọi thứ một khi chúng đi qua hành tinh của chúng ta 3 năm sau đó.
Các nhà khoa học hành tinh mà tôi đã nói chuyện rất thích ý tưởng có thể khảo sát nhiều vật thể khác nhau cùng một lúc và ý tưởng cánh buồm điện là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để thực hiện nó.
Theo các nhà nghiên cứu, họ có thể thực hiện nhiệm vụ với giá khoảng 70 triệu đô la, đưa chi phí để phân tích mỗi tiểu hành tinh xuống còn khoảng 240.000 đô la. Điều đó sẽ rẻ so với bất kỳ phương pháp nào khác được đề xuất nghiên cứu các tiểu hành tinh.
Thám hiểm không gian sử dụng tên lửa hóa học truyền thống bởi vì họ đã biết và đáng tin cậy. Chắc chắn họ có những khuyết điểm, nhưng họ đã đưa chúng ta qua Hệ Mặt trời, cách Trái đất hàng tỷ km.
Nhưng có những hình thức đẩy khác trong công trình, như cánh buồm điện. Và trong những thập kỷ tới, chúng tôi sẽ thấy ngày càng nhiều những ý tưởng này được đưa vào thử nghiệm. Một hệ thống đẩy không có nhiên liệu có thể mang tàu vũ trụ vào bên ngoài Hệ mặt trời? Vâng, làm ơn.
Tôi sẽ giữ cho bạn được đăng khi có nhiều cánh buồm điện được thử nghiệm.
Podcast (âm thanh): Tải xuống (Thời lượng: 10:10 - 9.3MB)
Theo dõi: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Tải xuống (Thời lượng: 10:10 - 69.3MB)
Theo dõi: Apple Podcasts | Android | RSS
