Täysikokoinen sähköpurje koostuu pitkistä (esim. 20 km) ja ohuista (esim. 25 mikrometriä) johtavista langoista, joita on 50-100 kappaletta. Avaruusaluksessa on aurinkosähköllä toimiva elektronitykki (tyypillinen teho muutamia satoja watteja), jota käytetään pitämään alus ja langat korkeassa (tyypillisesti 20 kV) positiivisessa potentiaalissa. Lankojen sähkökenttä ulottuu n. 100 metriä ympäröivään aurinkotuuliplasmaan. Lankojen avaamiseen ja aluksen ohjaamiseen sähköisesti on olemassa helikopterin lentoalgoritmia muistuttava menetelmä.
Aurinkotuulen dynaaminen paine vaihtelee, mutta Maan etäisyydellä Auringosta se on keskimäärin 2 nanopascalia. Tämä on noin 5000 kertaa heikompi kuin Auringon säteilypaine. Johtuen sähköpurjeen suuresta purjepinta-alasta ja ohuen metallilangan keveydestä pituusyksikköä kohti, menetelmä on silti varsin tehokas. 20 kilometriä pitkä sähköpurjelanka painaa vain muutamia satoja grammoja ja mahtuu pieneen kelaan, mutta kun se avataan avaruudessa ja kytketään toisesta päästään aluksen elektronitykkiin, sen sähkövaraus luo ympärilleen useiden neliökilometrien laajuisen tehollisen purjepinta-alan, joka vastaanottaa aurinkotuulelta noin 10 millinewtonin suuruisen työntövoiman. Esimerkiksi varustamalla 1000 kg painoinen avaruusalus sadalla tällaisella langalla saadaan aikaan 1 mm/s^2 kiihtyvyys. Jos tällainen kiihtyvyys vallitsee vuoden ajan, saadaan jo varsi merkittävä 30 km/s loppunopeus. Pienempiä hyötykuormia voisi siten liikuttaa varsin nopeasti avaruudessa sähköpurjeen avulla, esimerkiksi Pluton ohilento voisi tapahtua alle viidessä vuodessa. Vaihtoehtoisesti voisi liikutella keskisuuria hyötykuormia tavanomaisilla nopeuksilla (5-10 km/s), mutta nykyistä halvemalla eli pienemmällä Maasta laukaistavalla massalla.
Tärkein sähköpurjeen rajoituksista on että koska se on riippuvainen aurinkotuulesta, se ei juurikaan pysty tuottamaan työntövoimaa magnetosfäärin sisällä missä aurinkotuulta ei ole. Vaikka työntövoiman suunta onkin periaatteessa Auringosta ulospäin, voi suuntaa kuitenkin tietyissä rajoissa säätää kääntämällä alusta. Sähköpurjeella voi sen takia myös luovia kohti Aurinkoa.
Periaatekuva pyörivän sähköpurjealuksen lankojen avaamisvaiheesta. Yksinkertaisuuden vuoksi näkyviin on piirretty vain kahdeksan lankaa. Violetinsiniset pinnat ovat aurinkopaneeleita ja keltaiset viivat propulsiovarsia. Niiden päissä on pienet raketit joita käyttämällä systeemille saadaan haluttu pyörimisnopeus.
Nyt langat on avattu ja elektronitykki käynnistetty. Sininen viivoitus kuvaa tykin elektronisuihkua. Tässä vaiheessa pyörimisen käynnistämiseen tarkoitetut pienet raketit polttoainesäiliöineen on poistettu painon säästämiseksi. Aurinkotuuli taivuttaa lankoja ja aiheuttaa työntövoiman. Lankoja ympäröivät sähkökentät on kuvattu punaisilla katkoviivoilla.
Nämä kuvat ovat osa 17.8 megatavun animaatiota.
Kaksi avaruusalusta on aluksi kiinni toisissaan. Niitä yhdistävässä akselissa oleva pieni sähkömoottori alkaa pyörittää niitä vastakkaisiin suuntiin. Molemmista aluksista avataan lieat säilytyskeloiltaan. Tuloksena on kaksi vastakkaisiin suuntiin pyörivää sähköpurjealusta jotka varovaisen erottamisen jälkeen ovat valmiit lentämään itsenäisesti aurinkokunnassa.
Siamilaisten kaksosten menetelmä on taloudellinen koska siinä ei tarvita avaruuteen hylättäviä osia tai polttoainetta (aluksia yhdistävä akseli ja sähkömoottori painavat vain vähän). Pitkien liekojen tapauksessa huolenaiheeksi saattaa muodostua vastakkaisiin suuntiin ja suhteellisen lähellä toisiaan pyörivien liekojen törmäysriski, jos laite ei ole mekaanisesti aivan symmetrinen. Jos kauempana auringosta oleviin liekoihin kytketään avauksen ajaksi pienehkö jännite, sähköpurje-efekti työntää niitä hieman kaarelle ja poispäin auringosta, jolloin törmäysriskin pitäisi poistua.
Siamilaiset kaksoset -animaatio (9.1 MB) näyttää koko avausoperaation.
Sähköpurjeen malli näytteillä Rikhardinkadun kirjastossa Helsingissä lokakuussa 2008
Lisätietoja: Pekka Janhunen, etunimi.sukunimi@fmi.fi