우리는 모두 태양의 가벼운 압력을 사용하여 태양계를 탐험하기위한 태양 돛 개념에 대해 잘 알고 있습니다. 그러나 태양의 힘, 전기 돛을 이용할 수있는 또 다른 추진 시스템이 있으며 이는 매우 흥미로운 아이디어입니다.
몇 주 전에 나는 누군가가 좋아하는 이국적인 추진 시스템에 관한 질문에 대해 이야기를 나누었고, 태양 돛, 핵 로켓, 이온 엔진 등과 같은 흥미 진진한 몇 가지 아이디어를 발표했습니다. , 그리고 나는 언급하는 것을 완전히 잊었다. 그러나 그것은 내가 한동안 들었던 최고의 아이디어 중 하나이다 : 전기 돛.
아시다시피, 태양 항해는 태양에서 나오는 빛의 광자를 이용하여 작동합니다. 광자는 질량이 없지만 운동량을 가지며 반사 표면에서 튀어 나오면 이동시킬 수 있습니다.
태양은 빛 외에도 태양풍과 같은 하전 입자의 꾸준한 흐름을 불고 있습니다. Pekka Janhunen 박사가 이끄는 핀란드 엔지니어 팀은 우주선을 태양계로 운반하기 위해이 입자를 사용할 전기 돛을 건설 할 것을 제안했습니다.
이것이 어떻게 작동하는지 이해하려면 몇 가지 개념을 두뇌에 쏟아야합니다.
먼저, 태양. 하늘에서 그 치명적인 방사선 공. 아시다시피, 전자와 양성자를 중심으로 일정량의 하전 입자가 있으며 태양으로부터 모든 방향으로 삐져 나옵니다.
천문학 자들은 어떻게 확실하지는 않지만, 태양의 코로나에서 대기의 일부 메커니즘이 탈출 속도로 이러한 입자들을 어떻게 가속화하는지에 대해 확신하지 못합니다. 속도는 250 ~ 750km / s입니다.
태양풍은 태양에서 멀어지고 우주로 빠져 나갑니다. 우리는 혜성에 미치는 영향을보고, 특징적인 꼬리를 제공하며, 태양계 주위에 태양 권으로 알려진 거품을 형성합니다. 이곳은 태양으로부터의 태양풍이 은하수에서 다른 별들의 집단 태양풍과 만나는 곳입니다.
사실, NASA의 보이저 우주선은 최근이 지역을 통과하여 마침내 성간 우주로 향합니다.
태양풍은 실제 바람과 같은 직접적인 압력을 유발하지만, 태양 항해가 경험하는 가벼운 압력의 일부인 엄청나게 약합니다.
그러나 태양풍은 양으로 하전 된 양성자와 전자의 흐름을 포함하고 있으며 이것이 핵심입니다.
전기 돛은 두께가 25 마이크론이지만 길이가 20 킬로미터 인 매우 얇은 와이어를 감아 서 작동합니다. 이 우주선에는 태양 전지판과 전자총이 장착되어 있으며 수백 와트 만 소요됩니다.
우주로 전자를 발사함으로써 우주선은 매우 양전하 상태를 유지합니다. 태양의 양성자들도 양전하를 띠기 때문에 양전하를 띠는 밧줄을 만나면 100 미터에 걸쳐 커다란 장애물을“보고”충돌합니다.
밧줄과 우주선에 운동량을 부여함으로써 이온은 태양으로부터 멀어지게합니다.
가속도는 매우 약하지만 태양의 압력이 일정하며 장기간에 걸쳐 누적 될 수 있습니다. 예를 들어, 1000kg 우주선에 100 개의 전선이 모든 방향으로 뻗어 있다면 초당 1mm의 가속도를받을 수 있습니다.
첫 번째 초에는 1mm를 이동 한 후 다음 초에 2mm를 이동합니다. 1 년 동안이 우주선은 30km / s를 비행 할 수 있습니다. 비교해 볼 때 NASA의 Voyager 1은 가장 빠른 우주선이 17km / s에 불과합니다. 따라서 태양계에서 탈출 속도가 훨씬 빠릅니다.
이 방법의 단점 중 하나는 실제로 지구의 자기권에서는 작동하지 않는다는 것입니다. 따라서 돛을 풀고 깊은 우주로 향하기 전에 전기 항해 동력 우주선을 지구에서 멀리 떨어진 전통적인 로켓으로 운반해야합니다.
이것이 태양으로부터 멀어 질 단방향 여행인지 궁금하지만 실제로는 그렇지 않습니다. 태양 돛과 마찬가지로 전기 돛도 선회 할 수 있습니다. 돛의 어느 쪽이 태양풍에 부딪 히 느냐에 따라 태양으로부터 우주선의 궤도를 올리거나 내립니다.
한쪽에 돛을 치고 궤도를 올려 바깥 태양계로 여행하십시오. 그러나 다른 쪽을 치고 궤도를 낮추면 내부 태양계로 내려갈 수 있습니다. 엄청나게 다양한 추진 시스템이며 태양은 모든 작업을 수행합니다.
이것은 공상 과학 소설처럼 들리지만 실제로 작품에는 몇 가지 테스트가 있습니다. 에스토니아 프로토 타입 위성은 2013 년에 출시되었지만 모터는 테더를 풀지 못했습니다. Finnish Aalto-1 위성은 2017 년 6 월에 출시되었으며 실험 중 하나는 전기 항해를 테스트하는 것입니다.
이 기술이 올해 말에 실행 가능한지 알아봐야합니다.
이 추진 시스템을 고려하는 것은 Finns만이 아닙니다. 2015 년 NASA는 Pekka Janhunen 박사와 그의 팀에게이 기술을 사용하여 다른 방법보다 적은 시간 내에이 기술이 어떻게 외부 태양계에 도달 할 수 있는지 탐구하기 위해 Phase II Innovative Advanced Concepts 보조금을 수여했다고 발표했습니다.
Heliopause Electrostatic Rapid Transit System 또는 HERTS 우주선은이 전기 밧줄 중 20 개를 중앙에서 바깥쪽으로 확장하여 태양풍을 잡기 위해 거대한 원형 전기 돛을 형성했습니다. 우주선을 천천히 회전 시키면 원심력이 테더를이 원형으로 뻗어 나옵니다.
양전하로 각 밧줄은 태양풍에 대한 거대한 장벽처럼 작용하여 우주선이 지구에서 발사되면 600 평방 킬로미터의 유효 표면적을 제공합니다. 그러나 지구에서 멀어 질수록 유효 면적은 목성에 도달 할 때 1,200 평방 킬로미터에 해당합니다.
태양 돛이 전력을 잃기 시작하면 전기 돛은 계속 가속됩니다. 실제로, 그것은 천왕성의 궤도를 지나서 계속 가속되고 있습니다.
기술이 제대로 작동하면 HERTS 임무는 단 10 년 만에 폐경기에 도달 할 수 있습니다. 이 거리에 도달하기 위해 Voyager는 1 년 35 년이 걸렸습니다.
그러나 스티어링은 어떻습니까? 우주선이 회전 할 때 각 전선의 전압을 변경하면 전체 항해가 한쪽 또는 다른 쪽에서 태양풍과 다르게 상호 작용할 수 있습니다. 보트를 타고 항해하는 것처럼 우주선 전체를 조종 할 수 있습니다.
2017 년 9 월, 핀란드 기상 연구소 (Finnish Meteorological Institute)의 연구팀은 전기 돛을 사용하여 소행성 벨트를 종합적으로 탐색 할 수있는 방법에 대해 매우 급진적 인 아이디어를 발표했습니다.
그들은 단일 우주선 대신 50 개의 별도 5kg 위성 함대를 건설 할 것을 제안했습니다. 각 사람은 20km 길이의 밧줄을 감아 태양의 태양풍을 잡을 것입니다. 3 년간의 임무를 수행하는 동안 우주선은 소행성 벨트로 이동하여 여러 다른 우주 암석을 방문했습니다. 전체 함대는 아마도 300 개의 개별 물체를 탐색 할 수있을 것입니다.
각 우주선에는 40mm 조리개 만있는 작은 망원경이 장착됩니다. 그것은 스포팅 스코프의 크기 또는 쌍안경 쌍의 약 절반이지만, 소행성 표면의 특징을 100m 정도로 작게 해결하면 충분합니다. 그들은 또한 각 소행성이 만들어지는 광물을 결정할 수있는 적외선 분광기를 가지고있었습니다.
그것은 단단한 백금으로 만들어진 10 조 달러의 소행성을 찾는 좋은 방법입니다.
우주선은 너무 작아서 지구와 다시 통신 할 수 없기 때문에 데이터를 기내에 저장 한 다음 3 년 후에 지구를 지나온 모든 것을 전송해야합니다.
제가 이야기했던 행성 과학자들은이 많은 다른 물체들을 동시에 조사 할 수 있다는 아이디어를 좋아한다고 전했습니다. 전기 항해 아이디어는 그것을 수행하는 가장 효율적인 방법 중 하나입니다.
연구원들에 따르면, 그들은 약 7 천만 달러의 임무를 수행 할 수 있으며, 각 소행성을 분석하는 데 드는 비용은 약 2 억 4 천만 달러에 이른다. 그것은 소행성을 연구하는 다른 방법들에 비해 저렴할 것입니다.
우주 탐사는 알려진 화학 로켓이 알려져 있고 신뢰할 수 있기 때문에 사용합니다. 물론 단점이 있지만 태양계를 가로 질러 지구에서 수십억 킬로미터 떨어진 곳으로 우리를 데려갔습니다.
그러나 전기 돛과 같은 작품에는 다른 형태의 추진이 있습니다. 그리고 앞으로 수십 년 동안 우리는 점점 더 많은 아이디어를 시험해 볼 것입니다. 우주선을 태양계 바깥쪽으로 운반 할 수있는 연료가없는 추진 시스템? 예, 부탁합니다.
더 많은 전기 돛을 테스트 할 때 계속 알려 드리겠습니다.
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