ใบเรืออิเล็กทรอนิกส์แบบลวดอลูมิเนียม - Aerospace Black Technology

ไม่นานมานี้ NASA ได้ประกาศระบบขับเคลื่อนที่ล้ำหน้าและมีเทคโนโลยีขั้นสูงสำหรับยานอวกาศในอนาคต ระบบนี้นำโดย Marshall Space Center ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของ NASA และเป็นที่รู้จักในชื่อ Heliopause Electrostatic Rapid Transit System หรือที่รู้จักกันในชื่อ Solar Electric Sail Propulsion System HERTS การมองรูปลักษณ์ภายนอกเพียงอย่างเดียวเป็นเรื่องล้ำอนาคตหรือไม่? มันล้มล้างความเข้าใจของคุณเกี่ยวกับเครื่องบินหรือไม่?

องค์ประกอบโครงสร้างของใบเรืออิเล็กทรอนิกส์

ใบเรืออิเล็กทรอนิกส์ไม่สมบูรณ์เหมือนกับพื้นผิวใบเรือแบบดั้งเดิม และเนื่องจากเป็นส่วนหลักของระบบขับเคลื่อน มีลวดอลูมิเนียมบางเส้นที่บางเป็นพิเศษ ใช่คุณไม่เข้าใจผิด ลวดเรียวเหล่านั้นเป็นลวดอลูมิเนียม แน่นอนว่านี่ไม่ใช่ลวดอลูมิเนียมทั่วไปในชีวิตประจำวันของเรา ลวดอลูมิเนียมเหล่านี้มีความบางและยาวมาก โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มิลลิเมตร มีความหนาประมาณเดียวกับคลิปหนีบกระดาษ และมีความยาวเป็นพิเศษ วัดได้ 12.5 ไมล์หรือประมาณ 20 กิโลเมตร แนวคิดของความยาวนี้คืออะไร? มีความยาวเกือบเท่ากับสนามฟุตบอล 219 สนามที่จัดวางเรียงกัน โดยทั่วไปใบเรืออิเล็กทรอนิกส์จะประกอบด้วยเส้นลวดอลูมิเนียมจำนวน 10-20 เส้นที่แผ่จากศูนย์กลางไปยังบริเวณโดยรอบ หลังจากที่จรวดถึงตำแหน่งที่กำหนดแล้ว ลวดอลูมิเนียมก็จะถูกขยายจากกึ่งกลางไปยังปลายทั้งสองข้าง และใช้จรวดขนาดเล็ก 2 ลูกในการขับเคลื่อนและดำเนินงานติดตั้งโครงพัดลมของกลุ่มลวดอะลูมิเนียมให้เสร็จสิ้น กรอกแบบฟอร์มการใช้งานขั้นสุดท้ายของใบเรืออิเล็กทรอนิกส์

แหล่งพลังงานของเรือใบอิเล็กทรอนิกส์

แน่นอนว่าการมีระบบขับเคลื่อนใบเรือแบบอิเล็กทรอนิกส์นั้นไม่เพียงพอที่จะแล่นเรือในอวกาศ สิ่งสำคัญของการนำทางระหว่างดวงดาวคือพลังขับเคลื่อน เครื่องยนต์การบินและอวกาศแบบดั้งเดิมจำเป็นต้องมีจรวดขับเคลื่อนของตัวเอง ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนขนาดใหญ่ของมวลจรวดทั้งหมด และจำกัดน้ำหนักบรรทุกและระยะการบินของยานอวกาศอย่างจริงจัง ดังนั้นการแสวงหาแนวทางที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อความก้าวหน้าจึงเป็นทิศทางของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์มาโดยตลอด

นักวิทยาศาสตร์หันความสนใจไปที่ดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นพลังงานหลักในระบบสุริยะ ใบเรืออิเล็กทรอนิกส์ขับเคลื่อนโดยลมสุริยะที่เกิดจากดวงอาทิตย์ ลมสุริยะแตกต่างจากลมที่ประกอบด้วยโมเลกุลบนโลก ลมสุริยะเป็นกระแสของอนุภาคที่มีประจุพลาสมาความเร็วเหนือเสียงที่ปล่อยออกมาจากชั้นบรรยากาศด้านบนของดวงอาทิตย์ ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคต่างๆ เช่น โปรตอนและอิเล็กตรอน และผลกระทบที่พวกมันเกิดขึ้นเมื่อไหลจะคล้ายกับการไหลของอากาศอย่างมาก . ความหนาแน่นของลมสุริยะนั้นบางมากและไม่มีนัยสำคัญ โดยทั่วไปในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ใกล้โลก มีอนุภาคหลายสิบถึงสิบอนุภาคต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ในขณะที่ความหนาแน่นของลมบนโลกอยู่ที่ 268.7 พันล้านโมเลกุลต่อลูกบาศก์เซนติเมตร อย่างไรก็ตาม พลังอันแข็งแกร่งของลมสุริยะนั้นแข็งแกร่งกว่าลมบนโลกมาก ความเร็วของลมสุริยะใกล้โลกโดยทั่วไปอยู่ที่ 350-450 กิโลเมตรต่อวินาที และสามารถเข้าถึงได้ถึง 800 กิโลเมตรต่อวินาทีเมื่อมีลมแรง แค่ดูตัวเลขก็อาจไม่รู้สึกอะไรมาก ควรทราบว่าลมที่แรงที่สุดในโลกคือพายุไต้ฝุ่น โดยมีความเร็วลมเพียง 32.5 เมตรต่อวินาทีหรือสูงกว่าสำหรับพายุไต้ฝุ่นระดับ 12 ความเร็วลมดังกล่าวถือเป็นหายนะแล้ว

เนื่องจากความบางของลมสุริยะ เราจึงไม่สามารถรับรู้ลมสุริยะได้โดยสัญชาตญาณ แต่ความเร็วสูงเป็นพิเศษเป็นกุญแจสำคัญสู่เทคโนโลยีสีดำของใบเรืออิเล็กทรอนิกส์ ในความเป็นจริง นักวิทยาศาสตร์บางคนเคยพยายามใช้ลมสุริยะเพื่อการบินระหว่างดวงดาว NASA ประสบความสำเร็จในการปล่อยดาวเทียมขับเคลื่อนด้วยแสงอาทิตย์ขนาดเล็กในปี 2010 ในเดือนพฤษภาคมของปีเดียวกันนั้น ได้มีการเปิดตัวยานอวกาศชื่อ IKAROS จากองค์การอวกาศของญี่ปุ่น ซึ่งพิสูจน์ความเป็นไปได้ของการใช้ใบเรือสุริยะสำหรับการนำทางระหว่างดวงดาว แตกต่างจากใบเรือโซลาร์รุ่นก่อนๆ ที่ใช้แผ่นโลหะบางเฉียบพร้อมเอฟเฟกต์ใบเรือและอาศัยแรงดันจากแสงอาทิตย์ในการขับเคลื่อน โครงการใบเรืออิเล็กทรอนิกส์นี้ใช้สายอลูมิเนียมที่กล่าวถึงข้างต้น ลวดอลูมิเนียมเหล่านี้จะมีประจุบวก โดยใช้แรงผลักกับอนุภาคในลมสุริยะเพื่อสร้างพลังงานให้กับยานอวกาศและยานอวกาศ ตามทฤษฎีแล้ว มันไม่ต้องใช้จรวดใดๆ ตราบใดที่ยังมีแสงแดด ก็สามารถบินได้ และความเร็วในการบินของมันก็เร็วกว่าเครื่องบินที่มีอยู่ในปัจจุบันมาก โดยคาดว่าจะมีความเร็วสูงอยู่ที่ 400 ถึง 750 กิโลเมตรต่อวินาที

การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงของใบเรืออิเล็กทรอนิกส์

เพื่อให้เข้าใจใบเรืออิเล็กทรอนิกส์ได้ดีขึ้น จำเป็นต้องแนะนำหน่วยใหม่ ในทางดาราศาสตร์ หน่วยดาราศาสตร์ AU มักใช้เพื่อแสดงระยะทาง แทนที่จะเป็นหน่วยความยาวที่เราใช้กันทั่วไป AU หมายถึง ระยะทางเฉลี่ยจากดวงอาทิตย์ถึงโลกประมาณ 149.6 ล้านกิโลเมตร เนื่องจากลมสุริยะเบาบางลงขณะเคลื่อนตัวออกห่างจากดวงอาทิตย์ เพื่อให้มั่นใจว่ามีแรงขับและความเร่งที่เพียงพอ พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของใบเรืออิเล็กทรอนิกส์จะเพิ่มขึ้นตามระยะ ที่ 1AU พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพคือ 601 ตารางกิโลเมตร ซึ่งเล็กกว่าย่านใจกลางเมืองชิคาโกเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ที่ 5AU พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพสามารถเข้าถึง 1,200 ตารางกิโลเมตร ซึ่งใกล้เคียงกับขนาดของลอสแองเจลิส

ข้อดีอีกประการหนึ่งของใบเรืออิเล็กทรอนิกส์ก็คือระยะการเร่งความเร็วนั้นสูงกว่าใบเรือสุริยะมาก โดยทั่วไป หากระยะของใบเรือสุริยะเกิน 5AU ความเร่งของมันจะหยุดลงเนื่องจากการกระจายพลังงานโฟตอนจากแสงอาทิตย์ เนื่องจากการไหลของอนุภาคอย่างต่อเนื่องและพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น การเร่งความเร็วของใบเรืออิเล็กทรอนิกส์จะไม่หยุด แต่จะดำเนินต่อไปที่ระยะ 16-20AU ในฐานะยานอวกาศของมนุษย์ลำแรกที่ไปถึงขอบระบบสุริยะ โวเอเจอร์เสร็จสิ้นภารกิจในปี 2010 หลังจากใช้เวลาบิน 35 ปี อย่างไรก็ตาม ใบเรืออิเล็กทรอนิกส์สามารถทำงานนี้ให้เสร็จสิ้นได้ภายใน 12 ปีหรือน้อยกว่านั้นด้วยซ้ำ ดังนั้นเทคโนโลยีสีดำนี้อาจล้มล้างเทคโนโลยีการขับเคลื่อนที่มีอยู่ได้

แน่นอนว่าเทคโนโลยีนี้ยังไม่ได้เข้าสู่ระยะการปล่อยจรวด และจำนวนโปรตอนที่ถูกขับไล่ด้วยสายไฟและจำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกดึงดูดโดยสายไฟนั้นยังคงอยู่ในระหว่างการทดสอบที่ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชล การทดสอบพลาสมาอยู่ระหว่างดำเนินการเพื่อแก้ไขแบบจำลอง คาดว่าภายใน 10 ปี ใบเรืออิเล็กทรอนิกส์จะเปิดตัวอย่างเป็นทางการบนเวทีการบินและอวกาศ ไม่ว่าอนาคตของการแล่นเรืออิเล็กทรอนิกส์จะเป็นอย่างไร ย่อมมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ระเบิดได้ในอวกาศของมนุษย์ ที่จะล้มล้างเทคโนโลยีที่มีอยู่ และรอยเท้าของเราในอวกาศก็จะยิ่งห่างไกลมากขึ้นเช่นกัน มีเพียงแนวคิดที่ก้าวล้ำเท่านั้นที่สามารถนำมาซึ่งเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำได้