الشراع الكهربائي لوكالة ناسا: التحقق من المفهوم الأول

في مركز مارشال لرحلات الفضاء ، بدأت الاختبارات كجزء من مشروع لتطوير شراع كهربائي ، وهو محرك فضاء ثوري قادر على إيصال مركبة فضائية إلى حدود النظام الشمسي بأقصى سرعة ودفعها خارج الغلاف الشمسي. ستوفر الاختبارات بيانات لمحاكاة جهاز نظام النقل السريع الهليكوبتر الالكتروستاتيكي السريع (HERTS) نفسه .

مثل الشراع الشمسي ، يستخدم الشراع الكهربائي ضغط الرياح الشمسية ، ولكن ليس من الفوتونات ، ولكن من البروتونات. هذا له مزاياه. تتوقف الفوتونات عن إعطاء الجر اللازم بالفعل على مسافة 5 AU من الشمس ، في مكان ما في منطقة حزام الكويكبات ، لكن البروتونات هي مسألة مختلفة تمامًا. سوف يستمر الشراع الكهربائي في التسارع حتى على مسافة 16-20 أو حتى 30 au من الشمس! إذا كنت تعتقد أن الحسابات ، بحلول هذا الوقت سيصل إلى سرعة عالية جدًا. على سبيل المثال ، مسافة حوالي 100 AU قبل هليوبوس ، سيتم التغلب عليها في أقل من 9.9 سنة مع تسارع من المشتري أو في 11 سنة بدون تسارع ، أسرع بثلاث مرات من فوييجر 1 ومرتين أسرع من مركبة تعمل بالطاقة الشمسية.


يقود مهندس وكالة ناسا بروس ويغمان عملية التطوير. في يديه كبل من الألمنيوم بسمك 1 مم ، يتكون الشراع الكهربائي من هذه الكابلات ،

ويتكون الجهاز من سلسلة من الكابلات الطويلة والرقيقة ذات الشحنة الموجبة العالية ومسدس الكتروني على متنها موجه ضد حركة المركبة الفضائية. يشحن تيار من الإلكترونات من البندقية الكابلات ، بحيث يصد المعدن الموجب الشحنة بروتونات الرياح الشمسية ويحصل على الزخم. تنبعث الشمس البروتونات بسرعات من 400 إلى 750 كم / ثانية - ما يسمى بالرياح الشمسية السريعة والبطيئة. تم اقتراح هذا المفهوم في عام 2006 من قبل العالم الفنلندي بيكا جانهونين .

يتكون الشراع الكهربائي لوكالة ناسا من 10-20 كابلات ألمنيوم بقطر حوالي 1 مم وطول 20 كم لكل منهما. وهكذا ، فإن الشراع يشكل دائرة يبلغ قطرها 40 كيلومترًا. بعد توليه وضع البدء ، سيبدأ الجهاز في الدوران ببطء (دورة واحدة في الساعة تقريبًا) ، وستمتد الكابلات نفسها بطول كامل بسبب قوة الطرد المركزي.

بعد ذلك ، سيبدأ التحرك ببطء. على مسافة 1 AU من الشمس ، تبلغ قوة الدفع المقدرة حوالي 0.150 ملي نيوتن.

تبلغ المساحة الفعالة للشراع الإلكتروني HERTS حوالي 600 كيلومتر ^مربع على مسافة 1 AU من الشمس ويزيد إلى أكثر من 1200 كيلومتر ^مربع بنسبة 5 au



الاختبارات جارية حاليًا في محاكي اختبار البيئة الشمسية عالي الكثافة للرياح الشمسية (في الصورة أدناه) ، والذي يقيس عدد تصادمات البروتونات والإلكترونات من الرياح الشمسية بكابل موجب الشحنة. يستخدم المهندسون عن قصد كبل فولاذي بدلاً من الألومنيوم. على الرغم من أن الفولاذ أكثر كثافة من الألومنيوم ، إلا أنه مادة غير قابلة للصدأ تحاكي خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ للألمنيوم في الفضاء وتسمح باختبارات أطول.



تقيس المستشعرات انعكاس البروتونات من كبل مشحون وعدد الإلكترونات التي تنجذب إليه. هذه المعلومات مطلوبة لتطوير مواصفات المسدس الإلكتروني على الجهاز.

تعترف وكالة ناسا في الوقت الحالي بأن نظام HERTS في مرحلة منخفضة من الاستعداد التكنولوجي. حتى إذا كانت نتائج الاختبارات في الغرفة ونمذجة والتحقق من أنظمة نشر الكابلات ناجحة ، وتستغرق هذه الاختبارات عامين ، فسيظل هناك الكثير من العمل لتصميم وتصنيع شراع كهربائي. أول سفينة فضائية على هذا المحرك يمكننا رؤيتها بعد عشر سنوات فقط.

Source: https://habr.com/ru/post/ar393001/