شراع إلكتروني من أسلاك الألمنيوم - تقنية Aerospace Black

منذ وقت ليس ببعيد، أعلنت وكالة ناسا عن نظام دفع متطور للغاية ومتقدم تقنيًا للمركبات الفضائية المستقبلية. يتولى قيادة هذا النظام مركز مارشال الفضائي التابع لناسا، ويُعرف بالكامل باسم نظام النقل السريع الكهروستاتيكي لـ Heliopause، والمعروف أيضًا باسم نظام الدفع الشراعي الكهربائي الشمسي (HERTS). هل من المستقبل بشكل خاص النظر إلى المظهر وحده؟ هل قلبت فهمك للطائرات؟

التركيب الهيكلي للأشرعة الإلكترونية

الشراع الإلكتروني ليس مكتملاً مثل سطح الشراع التقليدي، وباعتباره الجزء الرئيسي من نظام الدفع، هناك بعض أسلاك الألمنيوم النحيلة بشكل خاص. نعم، أنت لست مخطئا. تلك الأسلاك النحيلة هي أسلاك الألمنيوم. بالطبع، هذا ليس سلك ألومنيوم شائعًا في حياتنا اليومية. أسلاك الألمنيوم هذه رفيعة للغاية وطويلة، ويبلغ قطرها 1 ملم، تقريبًا نفس سمك مشبك الورق، وهي طويلة جدًا، حيث يبلغ طولها 12.5 ميلًا، أو حوالي 20 كيلومترًا. ما هو مفهوم هذا الطول؟ ويبلغ طوله تقريبًا طول 219 ملعب كرة قدم مرتبًا معًا. يتكون الشراع الإلكتروني عادةً من 10-20 سلكًا من الألومنيوم تشع من المركز إلى المناطق المحيطة. بعد أن يصل الصاروخ إلى الموضع المحدد، يتم تمديد سلك الألمنيوم من المركز إلى الطرفين، ويتم استخدام صاروخين صغيرين لدفع وإكمال مهمة النشر على شكل مروحة لمجموعة أسلاك الألمنيوم. أكمل نموذج النشر النهائي للشراع الإلكتروني.

مصدر الطاقة للأشرعة الإلكترونية

وبطبيعة الحال، فإن وجود مثل هذا النظام الإلكتروني للدفع الشراعي لا يكفي للإبحار في الفضاء. الجانب المهم للملاحة بين النجوم هو قوة الدفع. تتطلب محركات الطيران الفضائية التقليدية وقودًا دافعًا خاصًا بها، والذي يمثل نسبة كبيرة من الكتلة الإجمالية للصواريخ ويقيد بشكل خطير الحمولة الصافية ومسافة طيران المركبة الفضائية. لذلك، كان البحث عن طرق أكثر فعالية للتقدم دائمًا هو اتجاه البحث العلمي.

حول العلماء انتباههم إلى الشمس، مصدر الطاقة النهائي في النظام الشمسي. يتم دفع الأشرعة الإلكترونية بواسطة الرياح الشمسية التي تولدها الشمس. على عكس الرياح المكونة من جزيئات موجودة على الأرض، فإن الرياح الشمسية عبارة عن تيار من جسيمات مشحونة ببلازما أسرع من الصوت تنبعث من الغلاف الجوي العلوي للشمس، وتتكون من جسيمات مثل البروتونات والإلكترونات، والتأثيرات التي تنتجها عند التدفق تشبه إلى حد كبير تدفق الهواء . كثافة الرياح الشمسية رقيقة جداً وغير ذات أهمية. بشكل عام، في الفضاء بين الكواكب بالقرب من الأرض، هناك عدة إلى عشرات من الجسيمات لكل سنتيمتر مكعب، في حين تبلغ كثافة الرياح على الأرض 268.7 مليار جزيء لكل سنتيمتر مكعب. ومع ذلك، فإن القوة القوية للرياح الشمسية أقوى بكثير من الرياح على الأرض. وتبلغ سرعة الرياح الشمسية القريبة من الأرض عموما 350-450 كيلومترا في الثانية، ويمكن أن تصل إلى 800 كيلومتر في الثانية عندما تكون قوية. قد لا تشعر بالكثير من مجرد النظر إلى الأرقام. يجب أن تعلم أن أقوى رياح على وجه الأرض هي الأعاصير، حيث تبلغ سرعة الرياح 32.5 متر في الثانية فقط أو أعلى بالنسبة لأعاصير الفئة 12. إن سرعات الرياح هذه تعتبر بالفعل كارثة.

وبسبب رقة الرياح الشمسية، ليس لدينا تصور بديهي لها. لكن سرعتها الفائقة هي مفتاح التكنولوجيا السوداء للأشرعة الإلكترونية. في الواقع، حاول بعض العلماء سابقًا استخدام الرياح الشمسية في الطيران بين النجوم. أطلقت ناسا بنجاح قمرًا صناعيًا صغيرًا يعمل بالطاقة الشمسية في عام 2010. وفي مايو من نفس العام، تم إطلاق مسبار فضائي اسمه IKAROS من وكالة الفضاء اليابانية، مما أثبت إمكانية استخدام الأشرعة الشمسية للملاحة بين النجوم. على عكس الأشرعة الشمسية السابقة التي استخدمت صفائح معدنية رفيعة للغاية مع تأثيرات الشراع واعتمدت على الضغط الشمسي للدفع، استخدم مشروع الشراع الإلكتروني هذا أسلاك الألمنيوم المذكورة أعلاه. سيتم شحن أسلاك الألمنيوم هذه بشكل إيجابي، استخدام قوة التنافر مع الجسيمات الموجودة في الرياح الشمسية لتوفير الطاقة للمركبات الفضائية والمركبات الفضائية. ومن الناحية النظرية، لا تحتاج إلى أي وقود دافع، فطالما يوجد ضوء الشمس، يمكنها الطيران، وسرعة طيرانها أسرع بكثير من الطائرات الموجودة، حيث من المتوقع أن تصل سرعتها العالية إلى 400 إلى 750 كيلومترًا في الثانية.

الحركة عالية السرعة للأشرعة الإلكترونية

ومن أجل فهم الأشرعة الإلكترونية بشكل أفضل، يجب تقديم وحدة جديدة. في علم الفلك، تُستخدم الوحدة الفلكية عادةً لتمثيل المسافة، بدلاً من وحدة الطول التي نستخدمها عادةً. يشير الاتحاد الإفريقي إلى متوسط ​​المسافة من الشمس إلى الأرض، حوالي 149.6 مليون كيلومتر. نظرًا لضعف الرياح الشمسية أثناء تحركها بعيدًا عن الشمس، ومن أجل ضمان الدفع والتسارع الكافيين، فإن المساحة الفعالة للشراع الإلكتروني ستزداد مع النطاق. في 1AU، تبلغ المساحة الفعالة 601 كيلومترًا مربعًا، وهي أصغر قليلاً من منطقة وسط مدينة شيكاغو؛ عند 5AU، يمكن أن تصل المساحة الفعالة إلى 1200 كيلومتر مربع، وهي قريبة من مساحة لوس أنجلوس.

ميزة أخرى للأشرعة الإلكترونية هي أن مسافة تسارعها تتجاوز بكثير مسافة تسارع الأشرعة الشمسية. وبشكل عام، إذا تجاوز مدى الشراع الشمسي 5AU، فإن تسارعه سيتوقف بسبب تبدد طاقة الفوتون الشمسي. ونظرًا لتدفق الجسيمات المستمر وزيادة المساحة الفعالة، لن يتوقف تسارع الشراع الإلكتروني، بل سيستمر لمسافة 16-20AU. باعتبارها أول مركبة فضائية بشرية تصل إلى حافة النظام الشمسي، أكملت فوييجر مهمتها في عام 2010 بعد 35 عامًا من الرحلة. ومع ذلك، يمكن للأشرعة الإلكترونية إكمال هذه المهمة خلال 12 عامًا أو حتى أقل. لذا، فإن هذه التكنولوجيا السوداء قد تقلب تقنيات الدفع الحالية.

وبطبيعة الحال، لم تدخل هذه التكنولوجيا مرحلة الإطلاق، ولا يزال عدد البروتونات التي تطردها الأسلاك وعدد الإلكترونات التي تجتذبها الأسلاك قيد الاختبار في مركز مارشال لرحلات الفضاء. ويجري أيضًا اختبار البلازما لتصحيح النموذج. ومن المتوقع أنه في غضون 10 سنوات، ستظهر الأشرعة الإلكترونية رسميًا لأول مرة على مسرح الفضاء الجوي. في الواقع، بغض النظر عن مستقبل الأشرعة الإلكترونية، سيكون هناك حتماً اختراقات تكنولوجية متفجرة في الفضاء البشري من شأنها أن تقلب التقنيات الحالية، كما ستصبح خطواتنا في الفضاء بعيدة بشكل متزايد. الأفكار الخارقة فقط هي التي يمكن أن تحقق اختراقًا تكنولوجيًا.