O QUE é UMA VELA ELéTRICA? OUTRA MANEIRA EXóTICA DE EXPLORAR O SISTEMA SOLAR

Send

Estamos todos familiarizados com a ideia de velas solares para explorar o Sistema Solar, usando a pressão da luz do sol. Mas há outro sistema de propulsão que pode aproveitar o poder do Sol, velas elétricas, e é uma ideia bastante interessante.

Há algumas semanas, resolvi uma pergunta que alguém tinha sobre meus sistemas de propulsão exóticos favoritos e recitei algumas idéias que acho interessantes: velas solares, foguetes nucleares, motores de íons etc. Mas há outro sistema de propulsão que continua surgindo , e esqueci totalmente de mencionar, mas é uma das melhores idéias que já ouvi há algum tempo: velas elétricas.

Como você provavelmente sabe, uma vela solar funciona aproveitando os fótons da luz que flui do sol. Embora os fótons não tenham massa, eles têm impulso e podem transferi-lo quando refletem em uma superfície reflexiva.

Além da luz, o Sol também está soprando um fluxo constante de partículas carregadas - o vento solar. Uma equipe de engenheiros da Finlândia, liderada pelo Dr. Pekka Janhunen, propôs a construção de uma vela elétrica que usará essas partículas para transportar naves espaciais para o Sistema Solar.

Para entender como isso funciona, preciso inserir alguns conceitos em seu cérebro.

Primeiro, o sol. Aquela bola mortal de radiação no céu. Como você provavelmente sabe, há um fluxo constante de partículas carregadas, principalmente elétrons e prótons, saindo do Sol em todas as direções.

Os astrônomos não sabem ao certo como, mas algum mecanismo na coroa do Sol, sua atmosfera superior, acelera essas partículas em uma velocidade de escape. Sua velocidade varia de 250 a 750 km / s.

O vento solar viaja para longe do Sol e para o espaço. Vemos seus efeitos nos cometas, dando-lhes suas caudas características, e forma uma bolha ao redor do Sistema Solar, conhecida como heliosfera. É aqui que o vento solar do Sol encontra os ventos solares coletivos das outras estrelas da Via Láctea.

De fato, a sonda Voyager da NASA passou recentemente por essa região, finalmente chegando ao espaço interestelar.

O vento solar causa uma pressão direta, como um vento real, mas é incrivelmente fraco, uma fração da pressão da luz que uma vela solar experimenta.

Mas o vento solar contém uma corrente de prótons e elétrons com carga positiva, e essa é a chave.

Uma vela elétrica funciona desenrolando um fio incrivelmente fino, com apenas 25 mícrons de espessura, mas 20 quilômetros de comprimento. A sonda está equipada com painéis solares e uma pistola de elétrons que leva apenas algumas centenas de watts para funcionar.

Ao disparar elétrons para o espaço, a espaçonave mantém um estado carregado altamente positivo. Como os prótons do Sol também são carregados positivamente, quando encontram a corda carregada positivamente, eles "veem" um enorme obstáculo de 100 metros de diâmetro e colidem com ele.

Ao transmitir seu momento na corda e na espaçonave, os íons o aceleram para longe do Sol.

A quantidade de aceleração é muito fraca, mas é uma pressão constante do Sol e pode aumentar por um longo período de tempo. Por exemplo, se uma espaçonave de 1000 kg tivesse 100 desses fios se estendendo em todas as direções, ela poderia receber uma aceleração de 1 mm por segundo por segundo.

No primeiro segundo, ele percorre 1 mm e, em seguida, 2 mm no segundo seguinte, etc. Ao longo de um ano, essa espaçonave poderia percorrer 30 km / s. Apenas para comparação, a espaçonave mais rápida do mercado, a Voyager 1 da NASA, está apenas percorrendo 17 km / s. Então, muito mais rápido, definitivamente em uma velocidade de escape do Sistema Solar.

Uma das desvantagens do método, na verdade, é que ele não funciona na magnetosfera da Terra. Portanto, uma espaçonave elétrica movida a vela precisaria ser carregada por um foguete tradicional para longe da Terra antes que pudesse desenrolar sua vela e partir para o espaço profundo.

Tenho certeza de que você está se perguntando se essa é uma viagem de mão única para se afastar do Sol, mas na verdade não é. Assim como as velas solares, uma vela elétrica pode ser girada. Dependendo do lado da vela em que o vento solar atinge, ele aumenta ou diminui a órbita da sonda do Sol.

Golpeie a vela de um lado e você eleva sua órbita para viajar para o Sistema Solar externo. Mas você também pode atingir o outro lado e diminuir sua órbita, permitindo que ele viaje para o interior do Sistema Solar. É um sistema de propulsão incrivelmente versátil, e o Sol faz todo o trabalho.

Embora isso pareça ficção científica, na verdade existem alguns testes em andamento. Um protótipo de satélite da Estônia foi lançado em 2013, mas seu motor não conseguiu soltar a corda. O satélite finlandês Aalto-1 foi lançado em junho de 2017 e uma de suas experiências é testar uma vela elétrica.

Devemos descobrir se a técnica é viável ainda este ano.

Não são apenas os finlandeses que estão considerando esse sistema de propulsão. Em 2015, a NASA anunciou que havia concedido uma concessão de Conceitos Avançados Inovadores da Fase II ao Dr. Pekka Janhunen e sua equipe para explorar como essa tecnologia poderia ser usada para alcançar o Sistema Solar externo em menos tempo do que outros métodos.

O sistema de trânsito rápido eletrostático da Heliopause, ou espaçonave HERTS, estenderia 20 dessas amarras elétricas para fora do centro, formando uma enorme vela elétrica circular para capturar o vento solar. Ao girar lentamente a espaçonave, as forças centrífugas esticarão as amarras nessa forma circular.

Com sua carga positiva, cada corda age como uma enorme barreira ao vento solar, dando à sonda uma área de superfície efetiva de 600 quilômetros quadrados quando é lançada da Terra. À medida que se distancia da Terra, sua área efetiva aumenta para o equivalente a 1.200 km2 quando chega a Júpiter.

Quando uma vela solar começa a perder energia, uma vela elétrica continua acelerando. De fato, continuaria acelerando além da órbita de Urano.

Se a tecnologia der certo, a missão HERTS poderá chegar à heliopausa em apenas 10 anos. A Voyager 1 levou 35 anos para alcançar essa distância, 121 unidades astronômicas do Sol.

Mas e a direção? Alterando a tensão em cada fio à medida que a espaçonave gira, você pode fazer com que toda a vela interaja de um lado ou de outro com o vento solar. Você poderia dirigir toda a nave espacial como as velas de um barco.

Em setembro de 2017, uma equipe de pesquisadores do Instituto Meteorológico Finlandês anunciou uma ideia bastante radical de como eles poderiam usar velas elétricas para explorar de maneira abrangente o cinturão de asteróides.

Em vez de uma única espaçonave, eles propuseram a construção de uma frota de 50 satélites separados de 5 kg. Cada um desenharia seu próprio cabo de 20 km de comprimento e pegaria o vento solar do Sol. Ao longo de uma missão de três anos, a espaçonave viajaria para o cinturão de asteróides e visitaria várias rochas espaciais diferentes. A frota completa provavelmente seria capaz de explorar 300 objetos separados.

Cada espaçonave seria equipada com um pequeno telescópio com apenas uma abertura de 40 mm. Isso é do tamanho de uma luneta, ou meio par de binóculos, mas seria suficiente para resolver recursos na superfície de um asteróide de apenas 100 metros de diâmetro. Eles também têm um espectrômetro infravermelho para poder determinar de quais minerais cada asteróide é composto.

Essa é uma ótima maneira de encontrar o asteróide de US $ 10 trilhões feito de platina sólida.

Como a sonda seria muito pequena para se comunicar de volta à Terra, eles precisariam armazenar os dados a bordo e transmitir tudo depois que passassem pelo planeta três anos depois.

Os cientistas planetários com quem conversei adoram a ideia de poder pesquisar esses muitos objetos diferentes ao mesmo tempo, e a ideia da vela elétrica é um dos métodos mais eficientes para fazer isso.

Segundo os pesquisadores, eles poderiam fazer a missão por cerca de US $ 70 milhões, reduzindo o custo para analisar cada asteróide para cerca de US $ 240.000. Isso seria barato comparado a qualquer outro método proposto para o estudo de asteróides.

A exploração espacial usa foguetes químicos tradicionais porque são conhecidos e confiáveis. Claro que eles têm suas falhas, mas eles nos levaram através do Sistema Solar, a bilhões de quilômetros da Terra.

Mas existem outras formas de propulsão em andamento, como a vela elétrica. E nas próximas décadas, veremos mais e mais dessas idéias postas à prova. Um sistema de propulsão sem combustível que pode transportar uma espaçonave para os confins do Sistema Solar? Sim por favor.