Miksi kuvissa elektronitykki ampuu poispäin auringosta eli menosuuntaan? Eikö se olisi parempi suunnata kohti aurinkoa, jotta se lisäisi työntövoimaa?
Koska elektronit ovat 1800 kertaa kevyempiä kuin protonit, elektroneista saatava työntövoima on mitätön. Tästä syystä elektronitykin suihku voidaan suunnata periaatteessa mihin suuntaan tahansa, joten tekniset seikat saavat ratkaista tykin asennuspaikan ja suuntauksen. Suihkun osuminen liekoihinkaan ei todennäkoisesti olisi kovin haitallista, mutta sitä vältetään koska välttäminen on helppoa.
Miten purjeella voi "luovia" kohti aurinkoa?
Kallistamalla purje suhteessa aurinkotuuleen voidaan tuottaa luotaimen radan suuntainen voimakomponentti, joka kiihdyttää tai jarruttaa luotaimen liikettä auringon ympäri riippuen kumpaan suuntaan kallistetaan. Jos purje jarruttaa, luotaimen rata on aurinkoa kohti laskeutuva spiraali, jos se kiihdyttää, spiraali aukeaa ulospäin. Periaate toimii, kunhan purjeen työntövoima ei ole niin suuri suhteessa hyötykuormaan että se voittaisi auringon painovoiman. Käytännössa sähköpurjeella voi matkata sisäaurinkokunnassa sekä ulos- että sisäänpäin siten että matka-aika on kuukausia tai muutamia vuosia.
Miksi purjeen kallistaminen muuttaa työntövoiman suuntaa? Eikö aurinkotuuli kuitenkin aina työnnä liekoja omaan suuntaansa?
Tarkastellaan aurinkotuuleen nähden kallistettua purjetta. Koska virtaus pitkin liekaa ei aiheuta mitään vaikutusta, kullekin liealle pätee että vain aurinkotuulivirtauksen liekaa vastaan kohtisuora komponentti tuottaa työntövoimaa (ja työntövoima on liekaa vastaan kohtisuorassa). Kun lieka on "pystyasennossa" (luotaimen ratatasoa vastaan kohtisuorassa), se on jo valmiiksi kohtisuorassa aurinkotuulta vastaan jolloin siihen kohdistuva voima on aurinkotuulen suuntainen. Mutta kun lieka on "vaaka-asennossa" (ratatasossa), voima on kohtisuorassa liekaan nähden eli liekasysteemin normaalin suuntainen. Kun lasketaan keskiarvo liekojen yli, voimavektori on likimain purjeen normaalin ja aurinkotuulen suunnan puolivälissä. Siis jos purjetta kallistetaan esimerkiksi 60 astetta, työntövoima osoittaa noin 30 astetta eri suuntaan kuin aurinkotuuli.
Voisiko sähköpurjetta käyttää lentämiseen toiseen aurinkokuntaan?
Sähköpurjeella ei voi lentää aurinkotuulta nopeammin ja aurinkotuulen nopeus 400-800 km/s on vain noin tuhannesosa valon nopeudesta, eli sähköpurjeella saavutettava nopeus ei käytännössa riitä toiseen aurinkokuntaan lentämiseen koska matka kestäisi tuhansia vuosia. Mutta saattaisi olla mahdollista käyttää sähköpurjetta tähtienvälisen luotaimen jarruttamiseen tähtienvälisessä plasmassa ennen saapumista vieraaseen aurinkokuntaan, jos luotain on ensin saatu kiihdytettyä suureen nopeuteen jollain muulla menetelmällä kuten laserpurjeella. Asiaa ei ole kunnolla tutkittu.
Näin uutisessa maininnan aurinkovoimasatelliiteista. Miten aurinkovoimasatelliitit liittyvät sähköpurjeeseen? Sähköpurjeella voisi rahdata hyötykuormia tehokkaasti asteroideilta Maan kiertoradalle. Asteroideista voisi vapauttaa vettä, tuoda sitä Maan kiertoradalle ja valmistaa siitä siellä rakettipolttoainetta (vetyä ja happea) elektrolyysin avulla. Näin tekemällä maasynkronisten ja muiden korkean radan satelliittien vieminen radalleen tulisi halvemmaksi, koska polttoainetta ratamuutokseen ei tarvitsisi nostaa Maasta. Menetelmää voisi käyttää kaikkiin satelliitteihin, esimerkiksi tavallisiin tietoliikennesatelliitteihin, mutta erityisesti painavien aurinkovoimasatelliittien yhteydessä saatava taloudellinen hyöty suhteessa perinteiseen menetelmään olisi merkittävä. Kyseessä on siis sähköpurjeen epäsuora ja mahdollisesti suuri sovellus. Koska aurinkotuuli ei pääse magnetosfäärin sisään eli alueeseen jossa satelliitit kiertävät, sähköpurjetta ei voi suoraan käyttää satelliittien nostamiseen korkeammalle radalle. (Sitä voi kuitenkin käyttää satellittien pudottamiseen alemmalle radalle tai ilmakehään avaruusromun torjumiseksi, ks. plasmajarru.)
Onko sähköpurjealusten rakentaminen lopulta kallista? Sähköpurje on verraten yksinkertainen sähkömekaaninen laite, joka ei sisällä kalliita, myrkyllisiä, radioaktiivisia tai muuten vaarallisia aineita tai valmistusmenetelmiä. Tärkeimmät osat ovat pitkät monisäikeiset lieat, jotka täysikokoisessa aluksessa sisältävät yhteensä satoja miljoonia lanka-lankaliitoksia. Liekatuotannon automatisointi on siis tärkeää. Ei ole näkyvissä syitä miksi sähköpurjeen valmistus olisi kallista sitten kun tekniikka on opittu.
Olen kuullut etta auringon aktiivisuus on vähentynyt. Onko auringon hiljeneminen ongelma sähköpurjeelle?
Auringon aktiivisuus vaihtelee 11-vuotisen auringonpilkkujakson mukaan. Joidenkin arvioiden mukaan auringon aktiivisuus olisi vähenemässä pitemmällä, usean pilkkujakson yli ulottuvalla aikajänteellä. Sähköpurjeen voima riippuu kuitenkin vain heikosti aurinkotuulen tiheydestä, koska asiaan vaikuttaa kaksi kompensoivaa efektiä. Ensimmäinen efekti on että sähköpurjeliean ympärillä olevan s&auuuuml;hkökentän laajuus on verrannollinen aurinkotuulen tiheyden käänteisluvun neliöjuureen. Toinen efekti on että jos liean jännite pidetään samana, liean keräämä elektronivirta (eli virta joka elektronitykin pitää tuottaa) on verrannollinen aurinkotuulen tiheyteen. Toisin sanoen jos aurinkotuulen tiheys vähenee, tykilt&ammmml; vaaditaan vähemman virtaa, jolloin aurinkopaneeleilta tuleva vakioteho mahdollistaa jännitteen kasvattamisen. Jos tehonkulutus pidetään vakiona, jännite on verrannollinen aurinkotuulen tiheyden potenssiin -2/3, kun taas työntövoima on suunnilleen verrannollinen itse jännitteeseen. Kaiken kaikkiaan työntövoima on likimain verrannollinen aurinkotuulen tiheyden potenssiin -1/6, eli työntövoiman riippuuvuus aurinkotuulen tiheydestä on heikko.
Mikä on plasmajarru? Onko se sama kuin sähköpurje? Plasmajarru on sähköpurjeen pikkuveli, eli keino palauttaa pieni satelliitti takaisin ilmakehään tehtävän päätyttyä, jotta se ei jää avaruusromuksi. Plasmajarrussa käytetään yhtä liekaa, jota ei pyöritetä vaan annetaan Maan painovoimagradientin kiristää se. Perusajatus on että plasmajarrulieka on negatiivisesti varattu, koska silloin tehonkulutus saadaan pieneksi eikä tarvita elektronitykkiä vaan ainoastaan pieni jännitelahde, koska ionosfäärin plasmatiheys on niin suuri että satelliitin runkoa voidaan käyttää elektroneja keräävanä pintana. Plasmajarru voitaisiin rakentaa myos pyörivistä lieoista, jolloin sitä voisi käyttää suurempienkin satelliittien alastuomiseen, joskin laite olisi silloin myös perusmallia monimutkaisempi.
Miten sähköpurjeella jarrutetaan?
Voiko plasmajarrulla poistaa avaruusromua kiertoradalta?
Miten sähköpurjeen lieat hallitaan laskeuduttaessa?
