@ 2016.04.27 , 11:00
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NASA开始测试新一代电动帆技术

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艺术家描绘的工作中的电动帆。

旅行者1号用了30年时间才到达星际空间。为了进一步减少旅途的时间消耗,一种新技术,可以把地球到星际空间的航行时间缩短约三分之二。位于亚拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔航天中心的科学家们已经开始测试这种名为太阳风静电快速传输系统(The Heliopause Electrostatic Rapid Transit System 缩写HERTS简称E-sail 以下简称电动帆)的技术了。这种技术是一种新的无燃料推进技术,它依靠一系列线缆收集太阳风的能量。地球到日球层顶之间的距离约为123个天文单位(Astronomical Unit 以下简称AU,123AU约为180亿公里或110亿英里),该技术有可能将飞跃这段距离到达星际空间的航行时间缩短到10年以内。


太阳帆

深空旅行是很耗时的,使用化学燃料火箭和复杂的引力弹射轨道到达太阳系外部区域会花费数十年时间。一种解决方案就是完全放弃使用火箭的方案,使用太阳帆取而代之。太阳风是速度大约400到750公里/秒(90到170万英里/小时)的质子或其他粒子的射流,这种航行器就是在细丝上铺满聚酯薄膜来利用这种推力。

这种技术已经在地球轨道上进行过测试,但它并不是一个完美的解决方案。即使是在零重力状态下,要操作巨大的塑料薄膜也不是一件容易的事情。操作它们需要复杂的微型卷轴和绞盘。此外,太阳风的推力和到太阳的距离是成比例的,一旦太阳帆离开太阳5AU的距离,加速度就会明显的下降。


电动帆

电动帆技术以芬兰气象研究所的Pekka Janhunen博士的研究为基础,其概念包含一个小型无人驾驶控制仪器的有效载荷和一个动力源。这些10到20根辐射状的铝制带电裸线直径仅为1毫米,长度为12.5英里(约20公里),而重量仅为几克。

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电动帆的主要研发者NASA工程师Bruce Wiegmann,正在展示将用在电动帆上的细长线缆。

这种线缆会在升空后从正在旋转的飞船中释放出来。离心力使线缆每小时旋转一圈,逐渐延伸并硬化成为一个大的圆形丝网,然后进行通电来拦截快速移动的带正电的质子。相斥的力量就像风推动帆船一样给太空船提供推进力。

这个风帆的比喻其实是相当准确的,因为电动帆使用的原理是相同的。电动帆甚至可以通过调节不同线缆上的电压来改变航向。太空船的这种转向方式就正像是海洋中船只通过调整帆的方向来转向一样。

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这种线缆可能看起来只有很小的表面积,其实它可以像张开帆布一样形成一个延伸几十米的隐形电场。能提供有效推力的电动帆的面积大小会随着远离太阳而增长。在1AU(9300万英里,15000公里)的距离,有效面积是232平方英里(601平方公里),但是在5AU的距离,这个面积就增长到463平方英里(1200平方公里)以上了。根据电动帆的主要研发者NASA工程师Bruce Wiegmann介绍,这个系统可以持续加速直到离开太阳16至20AU(150亿英里,240亿公里至190亿英里,300亿公里)的距离,这比使用聚酯薄膜的太阳帆的有效加速度距离多了三倍。

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在一个可控等离子室内,检测质子和电子碰撞带正电的丝线的速率。

电动帆目前正在NASA的高强度太阳能环境测试系统(High Intensity Solar Environment Test system)中进行检测,这是一个可控等离子室,可以模拟星际空间的真空和等离子体环境。测试的目的是改进数据模型,为使用在真正航天器上面的更大尺寸的电动帆所需要的技术收集数据。

为了改进设计模型,工程师正在测定质子和电子碰撞带正电的丝线的速率。以及质子偏转的程度和被线缆吸收的电子的数量。后一项实验是非常重要的,因为电动帆将要探索的是一个封闭的高度真空环境。这意味着如果积累了静电电荷,它就会像学校物理课上的演示的莱顿瓶那样变成一个电容器。如果积累了过多的电荷,电动帆就会失去功能。

为了使静电电荷保持在适当水平,电动帆装有在老式阴极射线管中用于显像的那种电子枪。然而,这里并不是要在电视屏幕上播放什么东西,这个电子枪会把电子摄像太空,来阻止任何的静电积累。

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在测试中使用的线缆材质是不锈钢的,而不是铝制。根据工程师介绍,钢比铝密度大,但是因为具有很好的抗腐蚀性,钢丝在实验中不会轻易腐蚀分解,所以是很好的替代品。

NASA介绍电动帆技术仍处于起步阶段,至少十几年的时间才能让这项技术投入实用。在此期间,需要更多的测试和模型改进,以及整体部署机制的改进。

Bruce Wiegmann 说“作为研究这个项目的团队,很显然电动帆的设计非常具有灵活性和适应性。太空任务和载具的设计者可以权衡利弊,选择适合的线缆长度、线缆数量和电压等级来适应他们的需求。不论是前往内层行星、外层行星还是日球层顶,电动帆都可以根据需求来调整。”

本文译自 gizmag,由译者 透明的猫 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 22+1

  1. 3125185

    风帆的比喻太好了,但是不能维持加速度是残缺。

  2. 煎蛋大宝剑
    @1 year ago
    3125197

    在宇宙时代,人类再次使用了帆船,和当年的航海史颇有相似呢…..
    只是希望未来不要再发生大航海时代那些悲剧就好了

    [38] XX [1] 回复 [0]
  3. Alendill
    @1 year ago
    3125209

    有效载荷呢?

  4. 3125242

    煎蛋要上太空了哦。。。。。。

  5. 缤虚
    @1 year ago
    3125266

    – -为什么迟迟不点核能科技

  6. 3125269

    @煎蛋大宝剑: 想想那样也不是什么太大的问题,就怕跑出去之后被有敌意的高级文明盯上了,也许连对峙的能力都没有了

  7. Tedward
    @1 year ago
    3125270

    煎蛋的水印打得不要太无X!!

    [0] XX [18] 回复 [0]
  8. 3125275

    @煎蛋大宝剑: 总觉得被贩卖奴隶的会是蓝星呢。

  9. 3125277

    @缤虚: 因为那里缺的不是能量,而是动量……

  10. 缤虚
    @1 year ago
    3125281

    @RnMss: 先不论无工质那种黑科技。。。现阶段能量解决了带工质喷射就好了

  11. 3125298

    个人认为水印应该印在电脑显示屏上,机舱盖上容易被发现。

  12. 3125303

    @Tedward: 曾经我们加水印是给大家增加找鸡的乐趣

    但这次,的确是因为外站抄袭的太多,加水印的目的就是彰显我们标识的

    望理解。

    [33] XX [0] 回复 [0]
  13. holishit
    @1 year ago
    3125380

    摄像太空

  14. 3125405

    要把云天明的大脑送上去了吗?

  15. 面瘫叔
    @1 year ago
    3125424

    都在吐槽水印?
    强迫症表示没人注意到那个铝线的质量么
    m=L*πd²*ρ 密度取纯铝2.6996g/cm³
    不管他说的10~20根是每根长20公里 还是总和20公里
    “而重量只有几克”也太扯了…

  16. 3125484

    这么大的面积,不怕陨石之类的撞击吗?何况要飞很久很久

  17. padapen
    @1 year ago
    3125492

    我来找水印

  18. rotation
    @1 year ago
    3125510

    @sein: 想起了“太平洋底巨大小黄鸡事件”… 煎蛋水印可是曾经登陆腾讯等网站头条的

  19. 3125568

    外星人刚刚举手说hi~ 然后一根每秒几百公里时速的铝线把外星人切俩片。。

  20. 3125664

    @缤虚: 核燃料要补充会泄漏 远没有太阳能能够续航远航 况且反应堆冷却也是个大问题 太空里的水可是无比珍贵的 设备也太大了驱动力要求也大不适合远航 你看看图片上的设备才多大

  21. 3125671

    只送大脑

  22. 没有人
    @1 year ago
    3125688

    我就想知道他们还打算飞回来吗?

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