logo
finnish english

Sähköinen aurinkotuulipurje (sähköpurje)

   
 

Sähköpurje - uusi tapa liikkua avaruudessa

   
   

 

 

Laatuinnovaatio 2010

 

quality innovation 2010

Sähköinen aurinkotuulipurje eli lyhyemmin sähköpurje on Pekka Janhusen Kumpulan avaruuskeskuksessa v. 2006 tekemä propulsiokeksintö. Ajankohtaisia sähköpurjeeseen liittyviä uutisia voit seurata "Sähköpurjeen kyydissä" -blogista. Katso myös jatkuvasti paivittyva tieteellinen julkaisuluettelo ja lista usein kysyttyjä kysymyksiä.

Esail

Sähköpurje on uusi menetelmä liikkumiseen avaruudessa, joka käyttää työntövoiman aikaansaamiseen aurinkotuulta (Janhunen, P., Electric sail for spacecraft propulsion, AIAA Journal of Propulsion and Power, 20, 4, 763-764, 2004, Janhunen, P. and A. Sandroos, Simulation study of solar wind push on a charged wire: solar wind electric sail propulsion, Ann. Geophys., 25, 755-767, 2007). Sähköinen purje on sukua tunnetummalle auringon säteilypaineella toimivalle purjeelle, jota usein kutsutaan yksinkertaisesti aurinkopurjeeksi.

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.

Sähköpurje voitti vuoden 2010 Laatuinnovaatiopalkinnon sarjassa Potentiaaliset innovaatiot. Palkinnot jakoi Tasavallan presidentti Tarja Halonen 11.11.2010 hotelli Kalastajatorpassa pidetyssä gaalassa.

 
eXTReMe Tracker