Elektronisches Segel aus Aluminiumdraht – Aerospace Black Technology

Vor nicht allzu langer Zeit kündigte die NASA ein sehr avantgardistisches und technologisch fortschrittliches Antriebssystem für zukünftige Raumfahrzeuge an. Das System wird von der NASA-Tochtergesellschaft, dem Marshall Space Center, geleitet und ist vollständig als Heliopause Electrostatic Rapid Transit System, auch bekannt als Solar Electric Sail Propulsion System HERTS, bekannt. Ist es allein aufgrund der Optik besonders futuristisch? Hat es Ihr Verständnis von Flugzeugen verändert?

Struktureller Aufbau elektronischer Segel

Das elektronische Segel ist nicht so vollständig wie die herkömmliche Segeloberfläche und als Hauptbestandteil des Antriebssystems gibt es einige besonders dünne Aluminiumdrähte. Ja, Sie irren sich nicht. Bei diesen dünnen Drähten handelt es sich um Aluminiumdrähte. Natürlich ist dies kein gewöhnlicher Aluminiumdraht in unserem täglichen Leben. Diese Aluminiumdrähte sind extrem dünn und lang, mit einem Durchmesser von 1 Millimeter, ungefähr so ​​dick wie eine Büroklammer, und mit 12,5 Meilen oder etwa 20 Kilometern superlang. Was ist das Konzept dieser Länge? Es ist fast so lang wie 219 Fußballfelder aneinandergereiht. Ein elektronisches Segel besteht typischerweise aus 10–20 Aluminiumdrähten, die strahlenförmig von der Mitte in die Umgebung verlaufen. Nachdem die Rakete die vorgesehene Position erreicht hat, wird der Aluminiumdraht von der Mitte zu beiden Enden verlängert. und zwei kleine Raketen werden verwendet, um die fächerförmige Einsatzaufgabe der Aluminiumdrahtgruppe anzutreiben und abzuschließen. Füllen Sie das endgültige Einsatzformular des elektronischen Segels aus.

Die Energiequelle elektronischer Segel

Natürlich reicht ein solches elektronisches Segelantriebssystem nicht aus, um im Weltraum in See zu stechen. Der wichtige Aspekt der interstellaren Navigation ist die Antriebsleistung. Herkömmliche Luft- und Raumfahrttriebwerke benötigen ihre eigenen Treibstoffe, die einen großen Teil der Gesamtmasse von Raketen ausmachen und die Nutzlast und Flugentfernung von Raumfahrzeugen erheblich einschränken. Daher war die Suche nach effektiveren Wegen zum Fortschritt schon immer die Richtung der wissenschaftlichen Forschung.

Wissenschaftler haben ihre Aufmerksamkeit auf die Sonne gerichtet, den ultimativen Energieboss im Sonnensystem. Elektronische Segel werden durch den von der Sonne erzeugten Sonnenwind angetrieben. Anders als der Wind, der aus Molekülen auf der Erde besteht, ist der Sonnenwind ein Strom von mit Überschallplasma geladenen Teilchen, die aus der oberen Sonnenatmosphäre emittiert werden und aus Teilchen wie Protonen und Elektronen bestehen. Die Wirkungen, die sie beim Fließen hervorrufen, sind dem Luftstrom sehr ähnlich . Die Dichte des Sonnenwinds ist sehr gering und unbedeutend. Im erdnahen interplanetaren Raum gibt es im Allgemeinen mehrere bis Dutzende Partikel pro Kubikzentimeter, während die Winddichte auf der Erde 268,7 Milliarden Moleküle pro Kubikzentimeter beträgt. Allerdings ist die starke Kraft des Sonnenwinds weitaus stärker als die des Windes auf der Erde. Die Geschwindigkeit des Sonnenwinds in der Nähe der Erde beträgt im Allgemeinen 350–450 Kilometer pro Sekunde und kann bei Stärke 800 Kilometer pro Sekunde erreichen. Es mag sich nicht viel anfühlen, wenn man nur die Zahlen betrachtet. Sie sollten wissen, dass die stärksten Winde auf der Erde Taifune sind, mit Windgeschwindigkeiten von nur 32,5 Metern pro Sekunde oder mehr für Taifune der Kategorie 12. Solche Windgeschwindigkeiten sind bereits eine Katastrophe.

Da der Sonnenwind dünn ist, können wir ihn nicht intuitiv wahrnehmen. Aber seine ultrahohe Geschwindigkeit ist der Schlüssel zur schwarzen Technologie elektronischer Segel. Tatsächlich haben einige Wissenschaftler bereits zuvor versucht, den Sonnenwind für interstellare Flüge zu nutzen. Die NASA startete 2010 erfolgreich einen kleinen, von Sonnensegeln angetriebenen Satelliten. Im Mai desselben Jahres wurde eine Raumsonde namens IKAROS der japanischen Raumfahrtbehörde gestartet, die die Möglichkeit der Nutzung von Sonnensegeln für die interstellare Navigation bewies. Im Gegensatz zu früheren Sonnensegeln, die extrem dünne Metallplatten mit Segeleffekten verwendeten und sich für den Antrieb auf den Sonnendruck verließen, wurden bei diesem elektronischen Segelprojekt die oben erwähnten Aluminiumdrähte verwendet. Diese Aluminiumdrähte werden positiv geladen, Nutzung der Abstoßungskraft mit Partikeln im Sonnenwind, um Raumfahrzeuge und Raumfahrzeuge mit Strom zu versorgen. Theoretisch benötigt es keinen Treibstoff, solange es Sonnenlicht gibt, kann es fliegen, und seine Fluggeschwindigkeit ist viel schneller als bei bestehenden Flugzeugen, mit einer erwarteten Höchstgeschwindigkeit von 400 bis 750 Kilometern pro Sekunde.

Die Hochgeschwindigkeitsbewegung elektronischer Segel

Um elektronische Segel besser zu verstehen, muss eine neue Einheit eingeführt werden. In der Astronomie wird zur Darstellung von Entfernungen üblicherweise die astronomische Einheit AU anstelle der üblicherweise verwendeten Längeneinheit verwendet. Eine AE bezieht sich auf die durchschnittliche Entfernung von der Sonne zur Erde, etwa 149,6 Millionen Kilometer. Da der Sonnenwind mit zunehmender Entfernung von der Sonne immer dünner wird, wird die wirksame Fläche des elektronischen Segels mit zunehmender Reichweite größer, um ausreichend Schub und Beschleunigung zu gewährleisten. Bei 1 AU beträgt die effektive Fläche 601 Quadratkilometer und ist damit nur geringfügig kleiner als die Innenstadt von Chicago; Bei 5 AU kann die effektive Fläche 1200 Quadratkilometer erreichen, was in etwa der Größe von Los Angeles entspricht.

Ein weiterer Vorteil elektronischer Segel besteht darin, dass ihre Beschleunigungsstrecke die von Sonnensegeln um ein Vielfaches übertrifft. Wenn die Reichweite eines Sonnensegels 5 AE überschreitet, stoppt seine Beschleunigung im Allgemeinen aufgrund der Dissipation der Sonnenphotonenenergie. Aufgrund des kontinuierlichen Partikelflusses und der vergrößerten effektiven Fläche wird die Beschleunigung des elektronischen Segels nicht aufhören, sondern sich über eine Distanz von 16–20 AE fortsetzen. Als erstes bemanntes Raumschiff, das den Rand des Sonnensystems erreichte, schloss die Voyager ihre Mission im Jahr 2010 nach 35 Flugjahren ab. Elektronische Segel können diese Aufgabe jedoch in 12 Jahren oder sogar weniger erledigen. Diese schwarze Technologie könnte also bestehende Antriebstechnologien auf den Kopf stellen.

Natürlich ist diese Technologie noch nicht in der Startphase, und die Anzahl der von den Drähten abgestoßenen Protonen und die Anzahl der von den Drähten angezogenen Elektronen werden noch immer im Marshall Space Flight Center getestet. Zur Korrektur des Modells sind auch Plasmatests im Gange. Es wird erwartet, dass elektronische Segel innerhalb von 10 Jahren offiziell ihr Debüt in der Luft- und Raumfahrtbühne geben werden. Tatsächlich wird es unabhängig von der Zukunft elektronischer Segel unweigerlich zu explosiven technologischen Durchbrüchen im bemannten Weltraum kommen, die bestehende Technologien auf den Kopf stellen werden, und auch unsere Spuren im Weltraum werden immer weiter entfernt. Nur bahnbrechende Ideen können bahnbrechende Technologien hervorbringen.