Das elektrische Segel der NASA: erste Konzeptprüfung

Im Marshall Space Flight Center begannen die Tests im Rahmen eines Projekts zur Entwicklung eines elektrischen Segels, einer revolutionären Raummaschine, die ein Raumschiff mit maximaler Geschwindigkeit an den Rand des Sonnensystems befördern und aus der Heliosphäre schieben kann. Die Tests liefern Daten zur Simulation des HERTS- Geräts (Heliopause Electrostatic Rapid Transit System ).

Wie ein Sonnensegel nutzt ein elektrisches Segel den Druck des Sonnenwinds, jedoch nicht der Photonen, sondern der Protonen. Das hat seine Vorteile. Photonen hören bereits in einer Entfernung von 5 AE auf, die notwendige Traktion zu geben von der Sonne, irgendwo in der Region des Asteroidengürtels, aber Protonen sind eine ganz andere Sache. Das elektrische Segel beschleunigt auch in einer Entfernung von 16-20 oder sogar 30 Au von der Sonne! Wenn Sie den Berechnungen glauben, wird er zu diesem Zeitpunkt eine sehr hohe Geschwindigkeit erreichen. Zum Beispiel eine Entfernung von ca. 100 AU vor der Heliopause wird es in weniger als 9,9 Jahren mit Beschleunigung von Jupiter oder in 11 Jahren ohne Beschleunigung dreimal schneller als Voyager 1 und doppelt so schnell wie ein Sonnensegelfahrzeug überwunden.


Der NASA-Ingenieur Bruce Wigmann leitet die Entwicklung. In seinen Händen befindet sich ein 1 mm dickes Aluminiumkabel, ein elektrisches Segel besteht aus solchen Kabeln.

Das Gerät besteht aus einer Reihe langer und dünner Kabel mit hoher positiver Ladung und einer an Bord befindlichen Elektronenkanone, die gegen die Bewegung des Raumfahrzeugs gerichtet ist. Ein Elektronenstrom aus der Kanone lädt die Kabel auf, so dass ein positiv geladenes Metall die Protonen des Sonnenwinds abstößt und Impuls erhält. Die Sonne sendet Protonen mit einer Geschwindigkeit von 400 bis 750 km / s aus - den sogenannten schnellen und langsamen Sonnenwinden. Das Konzept wurde 2006 von der finnischen Wissenschaftlerin Pekka Janhunen vorgeschlagen .

Das NASA-Elektrosegel wird aus 10 bis 20 Aluminiumkabeln mit einem Durchmesser von etwa 1 mm und einer Länge von jeweils 20 km bestehen. Somit bildet das Segel einen Kreis mit einem Durchmesser von 40 Kilometern. Nachdem die Startposition eingenommen wurde, beginnt sich das Gerät langsam zu drehen (ungefähr eine Umdrehung pro Stunde), und die Kabel selbst dehnen sich aufgrund der Zentrifugalkraft in voller Länge.

Danach beginnt es sich langsam zu bewegen. In einer Entfernung von 1 AU Von der Sonne aus beträgt der geschätzte Schub ungefähr 0,150 mN.

Die effektive Fläche des elektronischen Segels HERTS beträgt ungefähr 600 km ² in einer Entfernung von 1 AE von der Sonne und steigt auf mehr als 1200 km ² um 5 au



Jetzt testen sie im Solarsimulator High Intensity Solar Environment Test (siehe Abbildung unten), der die Anzahl der Kollisionen von Protonen und Elektronen aus dem Sonnenwind mit einem positiv geladenen Kabel misst. Ingenieure verwenden absichtlich ein Stahlkabel anstelle von Aluminium. Obwohl Stahl dichter als Aluminium ist, ist es ein rostfreies Material, das die rostfreien Eigenschaften von Aluminium im Weltraum simuliert und längere Tests ermöglicht.



Sensoren messen die Reflexion von Protonen an einem geladenen Kabel und die Anzahl der von ihm angezogenen Elektronen. Diese Informationen werden benötigt, um die Spezifikationen der elektronischen Pistole auf dem Gerät zu entwickeln.

Derzeit befindet sich das HERTS-System nach Angaben der NASA in einem niedrigen Stadium der technologischen Bereitschaft. Selbst wenn die Ergebnisse der Tests in der Kammer, die Modellierung und Überprüfung von Kabeleinführungssystemen erfolgreich sind und diese Tests zwei Jahre dauern, wird die Entwicklung und Herstellung eines elektrischen Segels noch viel Arbeit erfordern. Das erste Raumschiff auf einem solchen Motor können wir erst zehn Jahre später sehen.

Source: https://habr.com/ru/post/de393001/