E-seil mer effektivt enn fotonseil

E-seilet kan brukes lengre fra sola, veier mindre og er lettere manøvrerbart enn et vanlig solseil drevet av fotoner.

Publisert

[Tilbake til hovedartikkelen]

Figuren viser hvordan trådene er omgitt av et elektrisk felt (stiplede linjer). På det ferdige solseilet vil det være 100 tråder, slik at feltene vil henge sammen og danne et elektrisk seil. Trådene holdes utstrukket av sentrifugalkreftene når solseilet roterer. (Foto: (Figur: www.electric-sailing.fi, bearbeidet av forskning.no))
Figuren viser hvordan trådene er omgitt av et elektrisk felt (stiplede linjer). På det ferdige solseilet vil det være 100 tråder, slik at feltene vil henge sammen og danne et elektrisk seil. Trådene holdes utstrukket av sentrifugalkreftene når solseilet roterer. (Foto: (Figur: www.electric-sailing.fi, bearbeidet av forskning.no))

E-seilet foldes ut i rommet ved at 100 tråder (tethers) med en lengde av 20 kilometer slynges ut fra sneller av romskipets rotasjon. , De holdes i riktig avstand til hverandre av en ytre tråd-krans.

Ytterst på hver tråd sitter en styringsenhet, med radiokontakt til sentralenheten. Styringsenhetene har små reaksjonsmotorer som setter solseilet i rotasjon.

Janhunen har vurdert flere typer motorer til dette, både kaldgass-motorer, felteffekt elektriske motorer og til og med et fotonseil som strekkes ut av rotasjonen.

Elektronkanon

Den kraftige positive spenningen på 15-40 KV som gir det elektriske feltet rundt trådene, lages ved at en elektronkanon fjerner negative ladninger, slik at netton resultanten blir positive ladninger.

Elektronkanonen drives med energien fra solceller.

Siden elektronene i solvinden hele tiden treffer e-seilet med negative ladninger, vil den positive spenningen etter hvert utlignes. Derfor må elektronkanonen hele tiden fornye spenningen.

Kan brukes lengre fra sola

Et e-seil med vekt på 100-200 kilo vil lage en skyvkraft på rundt 1 Newton ved 1 AUs avstand fra sola. Det tilsvarer en akselerasjon på ca. 1 mm/s2.

I motsetning til strålingstrykket fra fotoner, som faller proporsjonalt med kvadratet av avstanden til sola, så faller soltrykket lineært. Det betyr større skyvkraft lengre ute fra sola.

Maksimal vridning 30 grader

Ved å regulere variabel motstand med potensiometre individuelt på de enkelte trådene, kan spenningen og dermed skyvkraften reguleres langs de enkelte deler av seilet.

Slik kan seilet vris. Fordi bare den delen av solvindens kinetiske energi som ligger normalt på trådene bidrar til kraft, vil dessuten resultantvektoren få en vinkel rundt halvparten av seilets vridningsvinkel.

Årsaken er at de trådene som tross vridningen står normalt på solvindretningen vil oppleve uforandret kraftvektor, mens bare som står langs solvindretningen vil oppleve endret vinkel. Resultatet er et gjennomsnitt rundt halvparten.

Dette, og den lavere gjennomsnittsskyvkraften som vinkelen gir, begrenser vridningen til rundt 30 grader i begge retninger.

Kan bremse inn mot sola

De største hastigheter oppnås når e-seilet beveger seg med solvinden, vekk fra sola. Derfor er reiser til asteroidene og de ytre planeter best egnet.

Hvis romskipet skal innover mot for eksempel Merkur, må seilet vris slik at romskipet bremses opp i banen rundt sola.

Brems for romsøppel

I tillegg til de andre bruksområdene som er nevnt i hovedartikkelen, kan e-seilet også brukes til å bremse opp utbrukte satellitter i jordbane, slik at de ikke skal ende som romsøppel.

Da vil trådene isteden bli ladet negativt, slik at positive partikler innenfor jordas magnetosfære gir bremsende skyvkraft.

Viktig å komme langt nok ut

De to første studentsatellittene som er nevnt i hovedartikkelen vil begge bevege seg innenfor magnetosfæren. Der vil fangede protoner brukes til å simulere effekten av elektronene lengre ute.

Det er derfor det er så viktig for forskerne å få den tredje, større SWEST-satellitten utenfor magnetosfæren, ut til solvinden mellom planetene.